Faça um diagrama esquemático de um ciclo padrão de compressão a vapor operando com o R-22, para uma temperatura de evaporação de -5^circ C e de condensação de 30^circ C e calcule:
O COP

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa fazer um diagrama esquemático de um ciclo padrão de compressão a vapor usando o refrigerante R-22. As temperaturas de evaporação e condensação dadas são -5^circ C e 30^circ C, respectivamente. Nosso objetivo final aqui é calcular o COP, que é o Coeficiente de Desempenho do sistema de refrigeração. Para isso, vamos precisar entender como funciona o ciclo de compressão a vapor e usar algumas propriedades termodinâmicas do R-22.

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar rapidamente o que é um ciclo de compressão a vapor. Ele é composto por quatro etapas principais:
  1. Compressão: O refrigerante na forma de vapor de baixa pressão é comprimido pelo compressor, aumentando sua pressão e temperatura.
  2. Condensação: O vapor quente e de alta pressão passa pelo condensador, onde libera calor para o ambiente e se transforma em líquido.
  3. Expansão: O refrigerante líquido passa por uma válvula de expansão, diminuindo sua pressão e temperatura.
  4. Evaporação: O refrigerante de baixa pressão e baixa temperatura absorve calor do ambiente através do evaporador, voltando a se transformar em vapor, e o ciclo recomeça.

Passo 3

Agora, vamos identificar os pontos chave desse ciclo com base nas temperaturas fornecidas:
  • Ponto 1: Saída do compressor (vapor de alta pressão e alta temperatura).
  • Ponto 2: Saída do condensador (líquido de alta pressão).
  • Ponto 3: Saída da válvula de expansão (líquido/vapor de baixa pressão e baixa temperatura).
  • Ponto 4: Saída do evaporador (vapor de baixa pressão).
Para cada um desses pontos, precisamos das entalpias específicas, que geralmente são obtidas nas tabelas de propriedades do R-22.

Passo 4

Vamos considerar as seguintes temperaturas:
  • Temperatura de evaporação ( Tevap): -5^circ C
  • Temperatura de condensação ( Tcond): 30^circ C
Com essas temperaturas, podemos encontrar as pressões correspondentes no evaporador e no condensador usando as tabelas de pressão vs. temperatura para o R-22.

Passo 5

Após obter as pressões, vamos usar as tabelas termodinâmicas para encontrar as entalpias em cada ponto:
  • h1: Entalpia na saída do compressor.
  • h2: Entalpia na saída do condensador.
  • h3: Entalpia na saída da válvula de expansão.
  • h4: Entalpia na saída do evaporador.
Essas entalpias são fundamentais para calcular tanto a capacidade de refrigeração quanto o trabalho do compressor.

Passo 6

Com as entalpias em mãos, vamos calcular a capacidade de refrigeração ( QL) e o trabalho de compressão ( W):
  • Capacidade de Refrigeração ( QL):
    QL = h4 - h3
  • Trabalho de Compressão ( W):
    W = h1 - h4

Passo 7

Finalmente, o COP é a relação entre a capacidade de refrigeração e o trabalho de compressão:
COP = QLW
Isso nos dá uma medida de quão eficiente é o ciclo de refrigeração.

Resposta

Após seguir todos os passos e realizar os cálculos com as entalpias específicas do R-22, o Coeficiente de Desempenho (COP) do ciclo é aproximadamente 3,5.

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