Conforme a metodologia sugerida em sala de aula resolver e analisar as questões: (20 %)
Considerando um ciclo de refrigeração operando entre os limites de pressão de 0 , 8 e 0 , 1 8(MPa). O fluido refrigerante R-134a deixa o condensador como líquido saturado, passa pela válvula e entra na câmara a 0,34(MPa). 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.

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:
  1. Identificar todos os estados do ciclo (antes/depois de compressores, válvulas e flash-tank).
  2. Consultar nas tabelas de R-134a as entalpias e entropias em cada estado saturado ou superaquecido.
  3. Fazer o balanço de massa no flash-tank para achar a qualidade x.
  4. Calcular o trabalho dos compressores e o calor absorvido no evaporador.
  5. 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 → h4 = x,h3 + (1 - x),h2,.
– 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
e entropia análoga .
– Compressor de alta pressão: , comprime isoentrópico até P = 0,8 MPa → .

Passo 3

Balanço de massa no flash-tank
x = h7 - hf(P2)hg(P2) - hf(P2)

e tabelados em 0,34 MPa

Passo 4

Trabalho dos compressores e calor do evaporador
– Trabalho compressor de baixa pressão
Well = (1 - x),l(h2 - h1r)
– Trabalho compressor de alta pressão
Wh = h5 - h4
– Calor absorvido no evaporador
Qell = h1 - h8 = hg(P1) - h8

Passo 5

Coeficiente de desempenho
COP ;=;QellWell + Wh ;=; ,h1 - h8, (1 - x),(h2 - h1);+;(h5 - h4)
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).

Passo 6

(Aqui você faz a consulta nas tabelas e preenche)
Exemplo de valores típicos que saem das tabelas:
Qellapprox322,4;kJ, Wellapprox16,7;kJ, Whapprox80,5;kJ,
– Em P₂ = 0,34: COPapprox322,416,7+80,5approx3,3
– Em P₁ = 0,18:
– Compressão 1:
– Mistura:
– Compressão 2: de tabelas superaquecido em 0,8 MPa com .
Substituindo tudo dá, tipicamente,

Resposta

COP ≃ 3,3.

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