Uma instalação frigorífica opera segundo o ciclo padrão de compressão mecânica de vapor utilizando refrigerante
, desenvolve
de refrigeração, operando a uma temperatura de evaporação de -
e uma temperatura de condensação de
.
Determinar o que se pede e comentar os resultados:
A perda de efeito de refrigeração, em (kJ/kg);
Determinar o que se pede e comentar os resultados:
A perda de efeito de refrigeração, em (kJ/kg);
Passo 1
Beleza, então o enunciado diz que a gente tem um ciclo padrão de compressão mecânica de vapor usando R-134a, com evaporação a –10 °C e condensação a 38 °C, e pede “a perda de efeito de refrigeração, em kJ/kg”.
Conteúdo: Ciclo frigorífico ideal + comparação entre expansão isentrópica (turbina) e isenthalpica (válvula).
O que precisamos:
Conteúdo: Ciclo frigorífico ideal + comparação entre expansão isentrópica (turbina) e isenthalpica (válvula).
O que precisamos:
- Tabelar propriedades do R-134a (enthalpia e entropia) nos dois estados saturados: no condensador (38 °C) e no evaporador (–10 °C).
- Calcular h₃, s₃ (saída do condensador); h₄ (expansão isenthalpica na válvula); h₄s (expansão isentrópica imaginária na turbina).
- A perda de efeito por kg é Δq = h₄ – h₄s.
Passo 2
Vamos aos dados nas tabelas de saturação do R-134a (valores típicos):
– A 38 °C (estado 3, saída de condensador, líquido saturado):
• h₃ = h_f(38 °C) = 97,5 kJ/kg
• s₃ = s_f(38 °C) = 0,380 kJ/kg·K
– A –10 °C (estado 1, saída de evaporador, vapor saturado):
• h₁ = h_g(–10 °C) = 294,85 kJ/kg
• s₁ = s_g(–10 °C) = 1,2096 kJ/kg·K
– A 38 °C (estado 3, saída de condensador, líquido saturado):
• h₃ = h_f(38 °C) = 97,5 kJ/kg
• s₃ = s_f(38 °C) = 0,380 kJ/kg·K
– A –10 °C (estado 1, saída de evaporador, vapor saturado):
• h₁ = h_g(–10 °C) = 294,85 kJ/kg
• s₁ = s_g(–10 °C) = 1,2096 kJ/kg·K
Passo 3
Expansão isenthalpica (válvula):
h₄ = h₃ = 97,5 kJ/kg.
h₄ = h₃ = 97,5 kJ/kg.
O efeito de refrigeração real por kg seria q_L = h₁ – h₄, mas a gente só quer a perda, então vamos comparar com o caso “bom” (turbina).
Passo 4
Expansão isentrópica (turbina ideal):
- Mantém s₄s = s₃ = 0,380 kJ/kg·K
- Na pressão do evaporador (–10 °C) temos s_f = 0,2975 e s_fg = 0,9121 kJ/kg·K
- Fração vaporizada x tal que
- A entalpia após turbina:
(aqui h_f(–10 °C)=68,08 e h_fg(–10 °C)=226,76 kJ/kg)
Passo 5
Perda de efeito de refrigeração por kg:
Passo 6
Comentário rápido:
8,9 kJ/kg é bem pequeno comparado ao efeito global (~200 kJ/kg), ou seja, o uso de uma turbina de expansão, embora melhore o ciclo, só traria um ganho modesto nesse caso.
8,9 kJ/kg é bem pequeno comparado ao efeito global (~200 kJ/kg), ou seja, o uso de uma turbina de expansão, embora melhore o ciclo, só traria um ganho modesto nesse caso.
Resposta
A perda de efeito de refrigeração é de aproximadamente 8,9 kJ por kg de refrigerante.