Um ciclo padrão de refrigeração por compressão de vapor opera em regime estacionário com fluido R134a. A temperaturas de evaporação é -10^circ C e a pressão de condensação é 800 kPa . A capacidade de refrigeração do equipamento nessa condição é igual a 9000 Btu / h(2,64 kW). Determine o COP [1,0p] e a vazão mássica no sistema [ 0,5 p ]. Suponha agora que o fluido deixa o evaporador com temperatura de 0^circ C (ou seja, superaquecido) e determine o COP do ciclo nessa condição [1,0 p].

Passo 1

O ciclo é o de compressão de vapor com R-134a em regime estacionário. As duas condições de operação são:
  • Evaporação a -10^circC (pressão de evaporação P1).
  • Condensação a 800 kPa (pressão de condensação P2).
    Temos capacidade frigorífica dot QL = 2,64 kW.
    Para resolver precisamos das entalpias nos quatro estados (1–4) do ciclo ideal:
  1. saída do evaporador (vapor saturado a -10^circC),
  2. saída do compressor (compressão isentrópica até 800 kPa),
  3. saída do condensador (líquido saturado a 800 kPa),
  4. após válvula de expansão ( h4 = h3).
    O COP é
COP ;=;h1 - h4,h2 - h1,
e a vazão mássica
dot m ;=;dot QL,h1 - h4,,

Passo 2

Tiramos da tabela de propriedades de R-134a (valores aproximados):
P1 = Psat(-10^circC) = 188,4 kPa, h1 = hg(-10^circC) = 391,7 kJ/kg, s1 = sg(-10^circC) = 1,741 kJ/(kgcdot K)
P2 = 800 kPa, h3 = hf(30,3^circC) = 276,8 kJ/kg
Como h4 = h3, temos imediatamente
h4 = 276,8 kJ/kg

Passo 3

Compressão isentrópica de 1to2 em P2=800 kPa com s2 = s1. Da tabela superaquecido em 800 kPa e s=1,741
h2 = 424,8 kJ/kg
Logo
COP = h1 - h4h2 - h1 = 391,7 - 276,8424,8 - 391,7 = 114,933,1 approx 3,47
E a vazão mássica
dot m = 2,64 kW,114,9 kJ/kg, = 0,0230 kg/s

Passo 4

Agora o vapor sai do evaporador com 0^circC (superaquecido a 0^circC, mesma pressão P1). Da tabela:
h1' = hvap@0^circC,,188,4,kPa = 401,0 kJ/kg, s1' = 1,800 kJ/(kgcdot K)
Compressão isentrópica até 800 kPa com s2' = s1' dá, na tabela superaquecido,
h2' = 435,3 kJ/kg
O COP2 fica
COP2 = h1' - h4h2' - h1' = 401,0 - 276,8435,3 - 401,0 = 124,234,3 approx 3,62

Resposta

COP sem superaquecimento = 3,47
Vazão mássica = 0,0230 kg/s
COP com superaquecimento a 0^circC = 3,62

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