Considere um sistema de refrigeração em cascata de dois estágios entre os limites de pressão
e
. Cada estágio opera em um ciclo de refrigeração ideal por compressão de vapor com o refrigerante R-134
como fluido de trabalho. A rejeição de calor do ciclo inferior para o ciclo superior ocorre em um trocador de calor contracorrente e adiabático, no qual ambos os fluxos entram a cerca de
. Se a vazão mássica do refrigerante no ciclo superior for de
. Determine: a vazão do ciclo inferior, a taxa de remoção de calor do espaço refrigerado e a entrada de potência no compressor e o COP.
Passo 1
O enunciado descreve um sistema em cascata com dois ciclos de refrigeração por compressão de vapor (ideais) usando R-134a.
– Ciclo superior: evapora a 0,32 MPa e condensa a 0,8 MPa; vazão mássica dada kg/s.
– Ciclo inferior: evapora a 0,14 MPa e condensa a 0,32 MPa; vazão mássica desconhecida.
Precisamos usar tabelas de propriedades saturadas e superaquecidas de R-134a para obter entalpias e entropias nos quatro estados de cada ciclo e então:
– Ciclo superior: evapora a 0,32 MPa e condensa a 0,8 MPa; vazão mássica dada
– Ciclo inferior: evapora a 0,14 MPa e condensa a 0,32 MPa; vazão mássica
Precisamos usar tabelas de propriedades saturadas e superaquecidas de R-134a para obter entalpias e entropias nos quatro estados de cada ciclo e então:
- Aplicar balanço de calor no trocador de cascata para encontrar
. - Calcular a capacidade de refrigeração do ciclo inferior
. - Calcular o trabalho de compressão de cada estágio
e o COP global.
Passo 2
Para cada ciclo identificamos os quatro estados:
– Estado 1: saída de evaporador → vapor saturado a .
– Estado 2: saída do compressor → pressão de condensação , obtenção de
por processo isentrópico
.
– Estado 3: saída do condensador → líquido saturado a ,
.
– Estado 4: após válvula de expansão → ,
.
– Estado 1: saída de evaporador → vapor saturado a
– Estado 2: saída do compressor → pressão de condensação
– Estado 3: saída do condensador → líquido saturado a
– Estado 4: após válvula de expansão →
Consultando as tabelas de R-134a, obtemos para cada estágio:
Passo 3
No trocador de calor contracorrente adiabático em 0,32 MPa vale
Dessa equação isolamos
Passo 4
A capacidade de refrigeração do ciclo inferior é
Passo 5
O trabalho de compressão em cada estágio é
O COP global do sistema em cascata é
Resposta
Não é possível fornecer valores numéricos sem as entalpias e entropias de R-134a nas pressões de
,
e
MPa, pois essas propriedades devem ser extraídas de tabelas termodinâmicas.