Exercícios Resolvidos de Ciclos de refrigeração

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Enunciado

Um refrigerador de um laboratório utiliza R-22 como fluido de trabalho. A pressão mais elevada do ciclo é de 1200 kPa enquanto a mais baixa 201 kPa e o compressor é reversível. Sabendo que esse ciclo deve remover 500W de um ambiente a -20°C, ache o coeficiente de performance e a energia elétrica necessária.

Dados:

Estado 1: 201 kPa; x = 1 ; h 1 = 239,92   k J / k g ; s 1 = 0,9685 k J k g   K

Estado 3: 1200 kPa; x = 0 ; h 3 = 81,57   k J / k g .

Tabela de vapor superaquecido do R-22

Passo 1

Vamos resolver esse problema primeiro analisando o volume de controle referente ao compressor, e vamos ter as equações de energia e entropia dadas por:

w c = h 2 - h 1

s 2 = s 1 + s g e n = s 1

Logo a entropia do estado 2 vai ser igual a entropia do estado 1 (porque se trata de um processo reversível). Com isso podemos utilizar a tabela para achar a entalpia do estado 2 e consequentemente o trabalho na bomba.

Passo 2

Pela tabela fornecida podemos ver que quando o fluido tem uma entropia igual a 0,9685 k J k g   K e se encontra no estado de vapor superaquecido ele terá uma entalpia de 285,21 k J k g .

Assim, podemos calcular o trabalho consumido na bomba:

w c = h 2 - h 1

w c = 285,21 - 239,92 = 45,29 k J k g

Passo 3

Aqui vamos calcular a quantidade de calor frio trocado com a fonte fria, por unidade de massa.

q L = h 1 - h 4

Como o processo 3 – 4 é um processo isoentálpico, então:

q L = h 1 - h 3

q L = 239,92 - 81,57 = 158,35 k J k g

Passo 4

Agora e só calcular o coeficiente de performance β ou C O P

β = q L w c

β = 158,35 45,29 = 3,5

Passo 5

Por fim a potência elétrica, que será dada pela capacidade de resfriamento e o coeficiente de performance:

W ˙ = Q ˙ L β

W ˙ = 500 3,5 = 1 4 2,9   W

Resposta

β = 3,5

W ˙ = 1 4 2,9   W

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