Conforme a metodologia sugerida em sala de aula resolver
analisar as questões: (20 %)
Uma câmara frigorífica utiliza R-134a como fluido de trabalho, está sendo projetada para conservar produtos alimentícios a-15 (
. Deseja-se que a capacidade de refrigeração seja de 200 ( kW ). A válvula de expansão é ajustada para manter o vapor na saída do evaporador com uma temperatura de superaquecimento
. O condensador é resfriado a ar e opera a 1,0 (MPa). Adotar como valor prático que a diferença entre a temperatura dos alimentos a serem conservados e a de vaporização seja de
. Determinar o que se pede e comentar os resultados:
A taxa de calor rejeitado no condensador, considerando que o líquido na saída seja saturado;
Uma câmara frigorífica utiliza R-134a como fluido de trabalho, está sendo projetada para conservar produtos alimentícios a-15 (
A taxa de calor rejeitado no condensador, considerando que o líquido na saída seja saturado;
Passo 1
O enunciado pede para calcular a taxa de calor rejeitado no condensador de um ciclo de refrigeração que usa R-134a.
Conteúdo: ciclo de refrigeração a fluido frio (análise de entalpias e entropias em cada ponto do ciclo).
O que vamos precisar:
Conteúdo: ciclo de refrigeração a fluido frio (análise de entalpias e entropias em cada ponto do ciclo).
O que vamos precisar:
- Tabela de propriedades do R-134a (saturado e superaquecido)
- Entender as etapas do ciclo: evaporação, compressão, condensação e expansão.
- Relações básicas:
- Q˙L = ṁ·(h1–h4) no evaporador
- Q˙H = ṁ·(h2–h3) no condensador
- Compressão isentrópica: s2 = s1
Passo 2
Determinar as temperaturas e pressões de evaporação e condensação.
– Temperatura dos alimentos: T_food = –15 °C
– Diferença prática T_food – T_evap = 5 °C ⇒ T_evap = –15 °C – 5 °C = –20 °C
– Pressão de evaporação P_evap = P_sat@(–20 °C) (tabela) ≈ 0,11 MPa
– Condensador opera a P_cond = 1,0 MPa (dado)
– Temperatura dos alimentos: T_food = –15 °C
– Diferença prática T_food – T_evap = 5 °C ⇒ T_evap = –15 °C – 5 °C = –20 °C
– Pressão de evaporação P_evap = P_sat@(–20 °C) (tabela) ≈ 0,11 MPa
– Condensador opera a P_cond = 1,0 MPa (dado)
Passo 3
Estado 1 (saída do evaporador): vapor superaquecido 5 °C acima de T_sat.
– T1 = T_evap + 5 °C = –20 °C + 5 °C = –15 °C
– P1 = P_evap = 0,11 MPa
Na tabela superaquecida R-134a:
h1 ≈ 495,8 kJ/kg
s1 ≈ 2,093 kJ/kg·K
– T1 = T_evap + 5 °C = –20 °C + 5 °C = –15 °C
– P1 = P_evap = 0,11 MPa
Na tabela superaquecida R-134a:
h1 ≈ 495,8 kJ/kg
s1 ≈ 2,093 kJ/kg·K
Passo 4
Estado 3 (saída do condensador): líquido saturado a P_cond.
– T_sat@1,0 MPa ≈ 40 °C
Na tabela saturada R-134a:
h3 = h_f@1,0 MPa ≈ 255,8 kJ/kg
s3 = s_f@1,0 MPa ≈ 1,076 kJ/kg·K
– T_sat@1,0 MPa ≈ 40 °C
Na tabela saturada R-134a:
h3 = h_f@1,0 MPa ≈ 255,8 kJ/kg
s3 = s_f@1,0 MPa ≈ 1,076 kJ/kg·K
Passo 5
Estado 2 (saída do compressor): compressão isentrópica de (P1,s1) até P_cond.
– s2 = s1 = 2,093 kJ/kg·K
– P2 = 1,0 MPa
Na tabela superaquecida, achamos entalpia h2 para (P2,s2):
h2 ≈ 645,0 kJ/kg
– s2 = s1 = 2,093 kJ/kg·K
– P2 = 1,0 MPa
Na tabela superaquecida, achamos entalpia h2 para (P2,s2):
h2 ≈ 645,0 kJ/kg
Passo 6
Estado 4 (saída da válvula de expansão): h4 = h3 (expansão isoentalpica).
– h4 = 255,8 kJ/kg
– h4 = 255,8 kJ/kg
Passo 7
Calcular vazão mássica ṁ a partir de Q˙L = 200 kW:
Q˙L = ṁ·(h1 – h4)
ṁ = 200 kW / (495,8 – 255,8) kJ/kg
ṁ ≈ 200 / 240 = 0,833 kg/s
Q˙L = ṁ·(h1 – h4)
ṁ = 200 kW / (495,8 – 255,8) kJ/kg
ṁ ≈ 200 / 240 = 0,833 kg/s
Passo 8
Agora Q˙H no condensador:
Q˙H = ṁ·(h2 – h3)
Q˙H = 0,833 kg/s · (645,0 – 255,8) kJ/kg
Q˙H ≈ 0,833 · 389,2 = 324,3 kW
Q˙H = ṁ·(h2 – h3)
Q˙H = 0,833 kg/s · (645,0 – 255,8) kJ/kg
Q˙H ≈ 0,833 · 389,2 = 324,3 kW
Comentário rápido: Q˙H é maior que Q˙L porque ao fluido foi fornecido trabalho pelo compressor.
Resposta
A taxa de calor rejeitado no condensador é aproximadamente 324 kW.