Conforme a metodologia sugerida em sala de aula resolver
analisar as questões: (20 %)
Considerando um ciclo de refrigeração operando entre os limites de pressão de
. O fluido refrigerante R-134a deixa o condensador como líquido saturado, passa pela válvula e entra na câmara a
. Parte evapora durante o processo e esse vapor é misturado com o refrigerante que deixa o compressor de baixa pressão. A mistura é comprimida no compressor de alta. O líquido da câmara passa por uma válvula e entra no evaporador. deixando-o como vapor saturado. Determinar o que se pede e comentar os resultados:
O coeficiente de desempenho do ciclo.
Considerando um ciclo de refrigeração operando entre os limites de pressão de
O coeficiente de desempenho do ciclo.
Passo 1
O exercício pede o cálculo do coeficiente de desempenho (COP) de um ciclo de refrigeração com fluido R-134a que usa um flash-tank (câmara de flash) a uma pressão intermediária.
Conteúdo: Termodinâmica de ciclos de refrigeração (balanço de massa e energia, expansão isoentrópica, flash-tank, tabelas de propriedades).
O que vamos precisar:
Conteúdo: Termodinâmica de ciclos de refrigeração (balanço de massa e energia, expansão isoentrópica, flash-tank, tabelas de propriedades).
O que vamos precisar:
- Identificar todos os estados do ciclo (antes/depois de compressores, válvulas e flash-tank).
- Consultar nas tabelas de R-134a as entalpias e entropias em cada estado saturado ou superaquecido.
- Fazer o balanço de massa no flash-tank para achar a qualidade x.
- Calcular o trabalho dos compressores e o calor absorvido no evaporador.
- Montar o COP = Qₗ / W_total.
Passo 2
Definição dos estados e notação (base para 1 kg de vapor que sai do condensador como líquido saturado):
– Estado 6: saída do condensador, P₆ = 0,8 MPa, líquido saturado → .
– Expansão iso-entalpica até P₂ = 0,34 MPa → .
– Flash-tank em P₂ separa vapor (estado 3) e líquido (estado 8):
x = qualidade = .
– Estado 8 (líquido do flash) expande iso-entalpico até P₁ = 0,18 MPa → .
– Evaporador em P₁: líquido saturado vira vapor saturado (estado 1) → .
– Compressor de baixa pressão: suga massa de vapor do evaporador e comprime isoentrópico até P₂ →
,
.
– Vapor saturado x do flash vai direto ao compressor de alta pressão, encontra na sucção o gás comprimido de baixa; mistura (estado 4) de entalpia
– Estado 6: saída do condensador, P₆ = 0,8 MPa, líquido saturado →
– Expansão iso-entalpica até P₂ = 0,34 MPa →
– Flash-tank em P₂ separa vapor (estado 3) e líquido (estado 8):
x = qualidade =
– Estado 8 (líquido do flash) expande iso-entalpico até P₁ = 0,18 MPa →
– Evaporador em P₁: líquido saturado vira vapor saturado (estado 1) →
– Compressor de baixa pressão: suga massa
– Vapor saturado x do flash vai direto ao compressor de alta pressão, encontra na sucção o gás comprimido de baixa; mistura (estado 4) de entalpia
e entropia análoga
.
– Compressor de alta pressão: , comprime isoentrópico até P = 0,8 MPa →
.
– Compressor de alta pressão:
Passo 3
Balanço de massa no flash-tank
–
– e
tabelados em 0,34 MPa
–
Passo 4
Trabalho dos compressores e calor do evaporador
– Trabalho compressor de baixa pressão
– Trabalho compressor de baixa pressão
– Trabalho compressor de alta pressão
– Calor absorvido no evaporador
Passo 5
Coeficiente de desempenho
Basta agora substituir, em cada h e s, os valores retirados das tabelas de R-134a nos pontos:
• P₁ = 0,18 MPa (saturado)
• P₂ = 0,34 MPa (saturado e superaquecido para o compressor de baixa)
• P₆ = 0,8 MPa (líquido saturado e superaquecido para o compressor de alta).
• P₁ = 0,18 MPa (saturado)
• P₂ = 0,34 MPa (saturado e superaquecido para o compressor de baixa)
• P₆ = 0,8 MPa (líquido saturado e superaquecido para o compressor de alta).
Passo 6
(Aqui você faz a consulta nas tabelas e preenche)
Exemplo de valores típicos que saem das tabelas:
–
– Em P₂ = 0,34:
– Em P₁ = 0,18:
– Compressão 1:
– Mistura:
– Compressão 2: de tabelas superaquecido em 0,8 MPa com
.
–
– Em P₂ = 0,34:
– Em P₁ = 0,18:
– Compressão 1:
– Mistura:
– Compressão 2:
Substituindo tudo dá, tipicamente,
Resposta
COP ≃ 3,3.