Conforme a metodologia sugerida em sala de aula resolver e analisar as questões: (20 %)
Uma câmara frigorífica utiliza R-134a como fluido de trabalho, está sendo projetada para conservar produtos alimentícios a-15 ( ^circ C). 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 5,0( ^circ C). 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 5,0( ^circ C). Determinar o que se pede e comentar os resultados:
A potência necessária para acionamento do compressor;

Passo 1

Beleza, vamos recapitular o que o problema pede e o que a gente vai usar.
Enunciado em miúdos: temos uma câmara frigorífica que usa R-134a. Queremos manter os alimentos a –15 °C e sabemos que a evaporação rola 5 °C abaixo (–20 °C). A saída do evaporador tem vapor superaquecido em 5 °C (ou seja, vapor a –15 °C). O condensador trabalha a 1,0 MPa (saturado). A capacidade de refrigeração é de 200 kW. Pedido: calcular a potência necessária no compressor.
Conteúdo que vamos usar:
  • Ciclo frigorífico simples (Carnot inverso simplificado).
  • Propriedades termodinâmicas do R-134a (tabelas de pressão, entalpia e entropia).
  • Fórmulas básicas: balanço de energia no evaporador e trabalho de compressão isentrópica.

Passo 2

Primeiro, identificar os pontos do ciclo e as condições:
  1. Estado 1 (sucção do compressor): vapor superaquecido a T₁ = –15 °C e p₁ = p_sat(–20 °C).
  2. Estado 2s (saída do compressor, isentrópico): p₂ = 1,0 MPa e s₂s = s₁.
  3. Estado 3 (pós‐válvula): líquido misturado a p₃ = p₁.
  4. Estado 4 (saída do condensador): líquido saturado a 1,0 MPa.
Da tabela de R-134a:
– Em T_evap = –20 °C: p₁ ≈ 0,168 MPa.
– Vapor superaquecido a (p₁, T₁=–15 °C):
h₁ ≈ 392 kJ/kg, s₁ ≈ 1,75 kJ/kg·K.
– Líquido saturado a p₂=1,0 MPa:
h₄ (=h_f) ≈ 251 kJ/kg.

Passo 3

Calcular a vazão mássica usando o efeito frigorífico (evaporador):
Q̇₀ = ṁ·(h₁ – h₃)
Mas h₃ = h₄ (expansão isentrópica de líquido):
ṁ = Q̇₀ / (h₁ – h₄)
Substituindo:
ṁ = 200 kW / (392 – 251) kJ/kg
ṁ = 200 / 141
ṁ ≈ 1,42 kg/s

Passo 4

Determinar o trabalho específico de compressão isentrópica:
– Mantemos s₂s = s₁ = 1,75 kJ/kg·K, a p₂ = 1,0 MPa → tabela de vapor superaquecido:
h₂s ≈ 438 kJ/kg
Então:
w_comp = h₂s – h₁ = 438 – 392 = 46 kJ/kg

Passo 5

Potência do compressor:
Ẇ_comp = ṁ · w_comp
Ẇ_comp = 1,42 kg/s × 46 kJ/kg
Ẇ_comp ≈ 65,3 kW

Resposta

A potência necessária para acionamento do compressor é aproximadamente 65 kW.

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