Num ciclo básico de refrigeração por compressão de vapor, as pressões de mudança de fase são iguais a 1,1 Mpa e 0,1 Mpa. Sabendo que o evaporador tem uma capacidade de refrigeração (CR) igual a 16, e que o fluido de trabalho é o refrigerante R-134a, calcule:
A vazão mássica e a eficiência do ciclo.

Passo 1

Beleza, o exercício é sobre um ciclo básico de refrigeração por compressão de vapor usando R-134a.
Conteúdo: Termodinâmica de refrigeradores (ciclo de Rankine inverso), tabelas de propriedades do R-134a e cálculo de COP e vazão mássica.
O que vamos precisar:
  1. Ler nas tabelas do R-134a os valores de entalpia e entropia nos estados (evaporador a 0,1 MPa e condensador a 1,1 MPa).
  2. Aplicar compressão isentrópica (s₂ = s₁) para achar a entalpia de saída do compressor.
  3. Calcular o efeito de refrigeração (q_L = h₁ – h₄) e o trabalho de compressão (w = h₂ – h₁).
  4. Então achar COP = q_L/w e a vazão mássica ṁ = CR/q_L (CR dada = 16 kW).

Passo 2

Estado 1 (saída do evaporador, entrada do compressor):
– Pressão p₁ = 0,1 MPa, vapor saturado.
– Da tabela R-134a:
h₁ ≈ 247,3 kJ/kg
s₁ ≈ 0,945 kJ/(kg·K)
Estado 4 (após válvula de expansão):
– Expansão isentrópica e iso‐entalpica, então h₄ = h₃ (vamos achar h₃ no próximo passo).

Passo 3

Compressão isentrópica de 1→2:
– p₂ = 1,1 MPa, s₂ = s₁ = 0,945 kJ/(kg·K).
– Na tabela de vapor superaquecido R-134a em 1,1 MPa, procuramos a linha de s≈0,945.
Isso ocorre por volta de T₂≈44 °C, com entalpia
h₂ ≈ 278 kJ/kg
Logo, trabalho de compressão por kg de fluido:
w_comp = h₂ – h₁ = 278 – 247,3 = 30,7 kJ/kg

Passo 4

Condensação (2→3) a p₃ = 1,1 MPa, líquido saturado:
– Da tabela R-134a: h₃ (h_f em 1,1 MPa) ≈ 94,3 kJ/kg
– Então h₄ = h₃ = 94,3 kJ/kg
Efeito de refrigeração por kg:
q_L = h₁ – h₄ = 247,3 – 94,3 = 153,0 kJ/kg

Passo 5

COP do ciclo = dot m = dot QLqL = 16,000;rm W153,000;rm J/kg approx 0,1045;rm kg/s
Vazão mássica ṁ para dar CR = 16 kW:

Resposta

Vazão mássica:
Eficiência do ciclo (COP):

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