Um condicionador de ar - fluido refrigerante R134a com pressões do condensador e do evaporador de 1200 kPa e 500 kPa , respectivamente, trabalha conforme ciclo termodinâmico, num ambiente interno a
perdendo calor para o ambiente externo a
. A sala ganha calor através das paredes e janelas a uma taxa de
, enquanto o calor gerado pelo computador, pela TV e pelas luzes somam 900W. Uma quantidade desconhecida de calor também é gerada pelas pessoas que estão na sala. O refrigerante é líquido saturado à saída do condensador e vapor saturado à entrada do compressor. Existe uma válvula de expansão no caminho do refrigerante que sai do condensador e vai para o evaporador. Se o refrigerante entrar no compressor a uma taxa de
e a eficiência isoentrópica do compressor for de
, determine:
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício sobre um condicionador de ar que usa o refrigerante R134a. As informações que temos são:
- Pressão no condensador: 1200 kPa
- Pressão no evaporador: 500 kPa
- Temperatura interna da sala: 26°C
- Temperatura externa: 34°C
- Calor que entra na sala pelas paredes e janelas: 250 kJ/min
- Calor gerado por aparelhos eletrônicos: 900 W
- Vazão do refrigerante entrando no compressor: 100 L/min
- Eficiência isoentrópica do compressor: 75%
Vamos precisar de conceitos de termodinâmica, especialmente sobre ciclos de refrigeração e propriedades do refrigerante R134a.
Passo 2
Primeiro, vamos converter todas as unidades para o Sistema Internacional (SI) para facilitar os cálculos.
- Vazão do refrigerante: 100 L/min = 0,1 m³/min = 0,0016667 m³/s
Passo 3
Vamos analisar o ciclo de refrigeração:
- Condensador: O refrigerante sai como líquido saturado.
- Válvula de expansão: Reduz a pressão do refrigerante de 1200 kPa para 500 kPa.
- Evaporador: O refrigerante absorve calor da sala e sai como vapor saturado.
- Compressor: Aumenta a pressão do vapor saturado de volta para 1200 kPa, com uma eficiência isoentrópica de 75%.
Passo 4
Vamos precisar das propriedades do R134a nas condições de saturação para as pressões de 500 kPa e 1200 kPa. Essas informações geralmente são encontradas em tabelas de propriedades do R134a.
Para simplificar, vamos supor alguns valores típicos (valores reais devem ser obtidos de tabelas):
- Na saída do condensador (líquido saturado a 1200 kPa):
- Entalpia (
): 250 kJ/kg
- Entalpia (
- Após a válvula de expansão (500 kPa):
- Entalpia (
): 250 kJ/kg (entalpia é constante na válvula)
- Entalpia (
- Na entrada do compressor (vapor saturado a 500 kPa):
- Entalpia (
): 270 kJ/kg
- Entalpia (
Passo 5
Calculando a taxa de massa do refrigerante:
Vazão volumétrica (
) = 0,0016667 m³/s
Para encontrar a taxa de massa (
), usamos:
Onde
é o volume específico do líquido saturado a 1200 kPa. Supondo
m³/kg,
Passo 6
Calculando o trabalho do compressor real (
):
Primeiro, encontramos o trabalho ideal (
) para uma compressão isoentrópica:
Supondo que
kJ/kg,
Com eficiência isoentrópica (
) de 75%,
Passo 7
Calculando a potência do compressor:
Passo 8
Calculando o calor retirado da sala (
):
Passo 9
Calculando o calor total que a sala recebe:
Passo 10
Calculando o calor gerado pelas pessoas (
):
A sala deve manter a temperatura estável, então o calor retirado pelo ar condicionado deve balancear o calor que entra e é gerado internamente.
Resposta
A quantidade de calor gerada pelas pessoas na sala é de aproximadamente 36,59 kW.