Um ciclo de refrigeração por compressão de vapor opera em regime permanente com Refrigerante 134a como fluido de trabalho. Vapor saturado entra no compressor a 2 bar e líquido saturado sai do condensador a 10 bar. A eficiência isentrópica do compressor é de
. A vazão mássica do refrigerante é
. Determine
a) A potência de acionamento do compressor, em kW .
b) A capacidade frigorífica, em TR.
c) O coeficiente de desempenho.
a) A potência de acionamento do compressor, em kW .
b) A capacidade frigorífica, em TR.
c) O coeficiente de desempenho.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de ciclo de refrigeração por compressão de vapor usando o Refrigerante 134a. A gente vai precisar entender um pouco de termodinâmica, especialmente sobre diagramas de pressão e entalpia, além de conceitos como eficiência isentrópica e coeficiente de desempenho. Vamos calcular a potência do compressor, a capacidade frigorífica e o coeficiente de desempenho do sistema.
Passo 2
Primeiro, vamos converter a vazão mássica de refrigerante de kg/min para kg/s, porque geralmente trabalhamos com segundos nas equações de potência.
Passo 3
Agora, vamos identificar os estados do ciclo:
- Estado 1: Vapor saturado entrando no compressor a 2 bar.
- Estado 2s: Estado ideal após compressão isentrópica.
- Estado 2: Estado real após compressão com eficiência isentrópica de 85%.
- Estado 3: Líquido saturado saindo do condensador a 10 bar.
Vamos buscar as propriedades termodinâmicas do R134a nessas condições. Usaremos tabelas de propriedades do R134a ou um software de termodinâmica para obter as entalpias necessárias.
Passo 4
Para o Estado 1 (vapor saturado a 2 bar):
Consultando as tabelas do R134a:
A entropia no estado 1:
Passo 5
Para o Estado 2s (compressão isentrópica de 2 bar a 10 bar):
Como é um processo isentrópico,
.
Consultando as tabelas do R134a a 10 bar, encontramos a entalpia correspondente a essa entropia:
Passo 6
Agora, consideramos a eficiência isentrópica do compressor, que é de 85%. A eficiência isentrópica (
) é dada por:
Resolvendo para
:
Passo 7
A potência do compressor (
) é calculada pela diferença de entalpia entre os estados 2 e 1, multiplicada pela vazão mássica:
Passo 8
Para encontrar a capacidade frigorífica (
), usamos a diferença de entalpia entre os estados 1 e 4 (supondo que o estado 4 é o líquido saturado saindo do condensador):
Assumindo que
é a entalpia do líquido saturado a 10 bar, consultando as tabelas:
Então:
Convertendo para TR (1 TR = 3,517 kW):
Passo 9
O coeficiente de desempenho (
) é a razão entre a capacidade frigorífica e a potência do compressor:
Resposta
a) A potência de acionamento do compressor é aproximadamente 4,07 kW.
b) A capacidade frigorífica é aproximadamente 5,08 TR.
c) O coeficiente de desempenho é aproximadamente 4,38.