Conforme a metodologia sugerida em sala de aula resolver
analisar as questões: (20 %)
Uma instalação frigorífica opera segundo o ciclo padrão de compressão mecânica de vapor utilizando refrigerante
, desenvolve
de refrigeração, operando a uma temperatura de evaporação de -
e uma temperatura de condensação de
.
Determinar o que se pede e comentar os resultados:
O trabalho de compressão ideal, em (kW);
Uma instalação frigorífica opera segundo o ciclo padrão de compressão mecânica de vapor utilizando refrigerante
Determinar o que se pede e comentar os resultados:
O trabalho de compressão ideal, em (kW);
Passo 1
Beleza, vamos lá. O enunciado diz que temos um ciclo de compressão mecânica de vapor usando R-134a, com capacidade de refrigeração de 65 kW, evaporando a –10 °C e condensando a 38 °C.
Conteúdo: Termodinâmica de ciclos frigoríficos (1ª lei para escoamento estacionário, propriedades do refrigerante via tabelas, compressão isentrópica ideal).
O que precisamos:
– Ler nas tabelas de R-134a os dados de entalpia (h) e entropia (s) nos pontos de saturado vapor (-10 °C) e saturado líquido/ vapor (38 °C).
– Calcular a taxa de fluxo mássico usando o efeito refrigerante (h1–h4) e a potência de refrigeração.
– Calcular o trabalho de compressão ideal por kg (h2s–h1) e depois a potência total (mdot·w_c).
Conteúdo: Termodinâmica de ciclos frigoríficos (1ª lei para escoamento estacionário, propriedades do refrigerante via tabelas, compressão isentrópica ideal).
O que precisamos:
– Ler nas tabelas de R-134a os dados de entalpia (h) e entropia (s) nos pontos de saturado vapor (-10 °C) e saturado líquido/ vapor (38 °C).
– Calcular a taxa de fluxo mássico usando o efeito refrigerante (h1–h4) e a potência de refrigeração.
– Calcular o trabalho de compressão ideal por kg (h2s–h1) e depois a potência total (mdot·w_c).
Passo 2
Definir os estados no ciclo ideal:
- Estado 1: saída do evaporador, vapor saturado a T₁=–10 °C →
h₁ = h_g(–10 °C) = 396,9 kJ/kg
s₁ = s_g(–10 °C) = 1,745 kJ/kg·K - Estado 2s: saída do compressor isentrópico, P₂ = P_sat(38 °C), s₂s = s₁.
Para P₂ ≃ 1,210 MPa e s₂s = 1,745 kJ/kg·K, lendo tabela superaquecido, obtém‐se aproximadamente
h₂s ≃ 430 kJ/kg - Estado 3: saída do condensador, líquido saturado a T₃=38 °C →
h₃ = h_f(38 °C) = 176,8 kJ/kg - Estado 4: após válvula de expansão, h₄ = h₃ (processo isoentalpico na expansão) = 176,8 kJ/kg
Passo 3
Calcular o efeito frigorífico por kg de refrigerante:
q_L = h₁ – h₄ = 396,9 – 176,8 = 220,1 kJ/kg
Como queremos 65 kW de refrigeração:
ṁ = Q̇_L / q_L = 65 kW / 220,1 kJ/kg = 0,295 kg/s
q_L = h₁ – h₄ = 396,9 – 176,8 = 220,1 kJ/kg
Como queremos 65 kW de refrigeração:
ṁ = Q̇_L / q_L = 65 kW / 220,1 kJ/kg = 0,295 kg/s
Passo 4
Trabalho de compressão ideal por kg:
w_c = h₂s – h₁ = 430 – 396,9 = 33,1 kJ/kg
Potência de compressão ideal:
Ẇ_c = ṁ · w_c = 0,295 kg/s · 33,1 kJ/kg = 9,76 kW
w_c = h₂s – h₁ = 430 – 396,9 = 33,1 kJ/kg
Potência de compressão ideal:
Ẇ_c = ṁ · w_c = 0,295 kg/s · 33,1 kJ/kg = 9,76 kW
Resposta
O trabalho de compressão ideal vale aproximadamente 9,8 kW.