Considere um sistema de refrigeração por compressão em dois estágios que opera entre os limites de pressão 0,8 e
. O fluido de trabalho é o refrigerante
a . O refrigerante sai do condensador como liquido saturado e é estrangulado até um separador de liquido que opera a
. Parte do refrigerante evapora durante esse processo de separação, e esse vapor é mistura ao refrigerante que sai do compressor de baixa pressão. Em seguida, a misturado é comprimida até a pressão do condensado pelo compressor de alta pressão. O líquido do separador de líquido é estrangulado até a pressão do evaporador e resfria o espaço refrigerado à medida que é vaporizado no evaporador. Considerando que o refrigerante sai do evaporador como vapor saturado e que ambos os compressores são isentrópicos, determine: a fração do refrigerante que evapora no processo de expansão até o separador de líquido, a quantidade de calor removida do espaço refrigerado e o trabalho do compressor e o COP.
Passo 1
Vamos resumir o ciclo e listar os pontos-chave. É um ciclo de compressão em dois estágios com um separador de líquido (flash‐chamber) a
MPa. O fluido é R-134a. Os limites de pressão são: condensador a
MPa e evaporador a
MPa.
Precisaremos das entalpias e entropias de saturado líquido e vapor nos três níveis de pressão e usar:
Precisaremos das entalpias e entropias de saturado líquido e vapor nos três níveis de pressão e usar:
- Balanço de energia no estrangulamento até o separador (flash):
- Compressor de baixa pressão isentrópico de
MPa até MPa. - Mistura do vapor do separador com o vapor de saída do compressor de baixa pressão.
- Compressor de alta pressão isentrópico de
MPa até MPa. - Balanço de energia no evaporador (throttle do líquido do separador até
MPa). - Cálculo do COP:
Passo 2
Coletemos as propriedades de R-134a (valores aproximados) nos três níveis de pressão:
P
MPa (condensador saturado):
P
MPa (separador saturado):
P
MPa (evaporador saturado):
No condensador sai líquido saturado a
MPa, logo
Esse líquido estrangula até
MPa (isoentalpico), gerando fração
de vapor no separador:
Passo 3
No evaporador circula o restante de massa
, com líquido de entalpia
estrangulado até
MPa (isoentalpico). A saída é vapor saturado com entalpia
. O calor removido por unidade de fluido que sai do condensador é
Passo 4
O vapor do evaporador entra no compressor de baixa pressão isentrópico de
MPa até
MPa. Como
, buscamos no diagrama superaquecido (ou interpolamos) e achamos
O trabalho específico deste compressor (por kg de vapor tratado) é
Mas o vapor de massa é
, logo
Passo 5
No separador sai vapor (massa
) a entalpia
e o vapor comprimido de baixa (massa
) a
. A mistura alimenta o compressor de alta pressão. A entalpia média de entrada é
A entropia média de entrada para o compressor alto é
Passo 6
Compressão de
MPa a
MPa isentrópica com
. Interpolando em tabela superaquecido em
MPa para
, obtemos
Então o trabalho do compressor de alta pressão por kg de alimentação é
O trabalho total por kg de alimentação é
Passo 7
Finalmente o coeficiente de desempenho é
Resposta
Fração de vapor no separador:
.
Calor removido do espaço refrigerado: .
Trabalho total dos compressores: .
COP do ciclo: .
Calor removido do espaço refrigerado:
Trabalho total dos compressores:
COP do ciclo: