Conforme a metodologia sugerida em sala de aula resolver e analisar as questões: (20 %)
Uma instalação frigorífica opera segundo o ciclo padrão de compressão mecânica de vapor utilizando refrigerante R-134 a, desenvolve 65(kW) de refrigeração, operando a uma temperatura de evaporação de - 10( ^circ C) e uma temperatura de condensação de 38( ^circ C).
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).

Passo 2

Definir os estados no ciclo ideal:
  1. 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
  2. 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
  3. Estado 3: saída do condensador, líquido saturado a T₃=38 °C →
    h₃ = h_f(38 °C) = 176,8 kJ/kg
  4. 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

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

Resposta

O trabalho de compressão ideal vale aproximadamente 9,8 kW.

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