Faça um diagrama esquemático de um ciclo padrão de compressão a vapor operando com o R-22, para uma temperatura de evaporação de
e de condensação de
e calcule:
O trabalho de compressão;
O trabalho de compressão;
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede para a gente desenhar um diagrama de um ciclo padrão de compressão a vapor usando o refrigerante R-22, com a temperatura de evaporação de –5°C e de condensação de 30°C. Além disso, precisamos calcular o trabalho de compressão desse ciclo. Então, vamos usar conceitos da termodinâmica, especialmente relacionados a ciclos de refrigeração por compressão de vapor, e princípios das propriedades termodinâmicas dos refrigerantes.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar como funciona o ciclo de compressão a vapor. Ele possui quatro etapas principais:
- Evaporação: O refrigerante absorve calor do ambiente na temperatura de evaporação e se transforma de líquido saturado para vapor.
- Compressão: O vapor de baixa pressão é comprimido pelo compressor, aumentando sua pressão e temperatura.
- Condensação: O vapor de alta pressão libera calor para o ambiente na temperatura de condensação e se transforma de volta em líquido.
- Expansão: O refrigerante líquido de alta pressão passa por uma válvula de expansão, reduzindo sua pressão e temperatura, voltando para a etapa de evaporação.
Para calcular o trabalho de compressão, vamos focar nas etapas de compressão. Precisamos das entalpias nos estados antes e depois da compressão.
Passo 3
Vamos determinar os estados termodinâmicos do refrigerante R-22 nas diferentes etapas do ciclo. Precisamos das entalpias nos estados 1 (entrada do compressor) e 2 (saída do compressor).
- Estado 1: Vapor saturado na saída do evaporador, com temperatura de –5°C.
- Estado 2: Vapor comprimido no compressor, com temperatura de 30°C (temperatura de condensação).
Para obter as entalpias, geralmente usamos tabelas de propriedades do R-22. Mas como não temos as tabelas aqui, vamos considerar que temos acesso às seguintes entalpias:
- h₁: Entalpia do vapor saturado a –5°C.
- h₂: Entalpia do vapor comprimido a 30°C.
Passo 4
O trabalho de compressão $ W_c $ pode ser calculado pela diferença de entalpia entre o estado 2 e o estado 1:
Essa fórmula nos diz quanto de energia é necessário para comprimir o vapor de baixa pressão para alta pressão, aumentando sua temperatura.
Passo 5
Vamos supor que, a partir das tabelas do R-22, encontramos os seguintes valores hipotéticos:
- h₁ (entalpia na saída do evaporador, –5°C): 250 kJ/kg
- h₂ (entalpia na saída do compressor, 30°C): 280 kJ/kg
Passo 6
Aplicando os valores na fórmula do trabalho de compressão:
Resposta
O trabalho de compressão é de 30 kJ/kg.