Uma instalação frigorífica opera segundo o ciclo padrão de compressão mecânica de vapor utilizando refrigerante R-134 a, desenvolve 65(kW) de refrigeração, operando a uma temperatura de evaporação de - 10( ^circ C) e uma temperatura de condensação de 38( ^circ C).
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:
  1. Tabelar propriedades do R-134a (enthalpia e entropia) nos dois estados saturados: no condensador (38 °C) e no evaporador (–10 °C).
  2. Calcular h₃, s₃ (saída do condensador); h₄ (expansão isenthalpica na válvula); h₄s (expansão isentrópica imaginária na turbina).
  3. 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

Passo 3

Expansão isenthalpica (válvula):
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 s₄s = sf + x,sfg ;Longrightarrow; x = 0,380 - 0,29750,9121 approx 0,0905
    - A entalpia após turbina:
    h₄s = hf + x,hfg = 68,08 + 0,0905cdot226,76 approx 88,6;kJ/kg(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:
De

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.

Resposta

A perda de efeito de refrigeração é de aproximadamente 8,9 kJ por kg de refrigerante.

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