: De forma sucinta e justificada, descreva os principais componentes de um ciclo de refrigeração. Comente também sobre quais os principais impactos de se considerar um compressor com eficiência isentrópica de aproximadamente
, quando comparado com um ciclo ideal.
Passo 1
O enunciado pede para descrever sucintamente e justificar os principais componentes de um ciclo de refrigeração por compressão de vapor e comentar os impactos de um compressor com eficiência isentrópica de aproximadamente
em comparação ao ciclo ideal. Vamos precisar entender a função de cada componente (compressor, condensador, dispositivo de expansão e evaporador) e usar a definição de eficiência isentrópica para avaliar o aumento de trabalho e a queda no coeficiente de desempenho.
Passo 2
O compressor recebe o refrigerante na saída do evaporador em baixa pressão e baixa temperatura e o comprime até a pressão de condensação, elevando sua temperatura. No ciclo ideal a compressão é isentrópica (adiabática e reversível), mas num compressor real há irreversibilidades, de modo que o trabalho real é maior.
Passo 3
O condensador é um trocador de calor onde o fluido sai do compressor quente e à alta pressão, rejeitando calor
para o meio ambiente até se condensar. Nesse processo a pressão se mantém constante e o refrigerante passa do estado vapor quente para líquido saturado.
Passo 4
O dispositivo de expansão (válvula de expansão ou tubo capilar) promove uma estrangulamento adiabático, reduzindo a pressão do líquido saturado para a pressão de evaporação. Como é um processo de entalpia constante, o refrigerante chega parcialmente vaporizado ao evaporador em baixa temperatura e pressão.
Passo 5
No evaporador o refrigerante em baixa pressão e temperatura absorve calor
do ambiente refrigerado e se evapora completamente. A pressão se mantém aproximadamente constante e o ciclo fecha quando o vapor retorna ao compressor.
Passo 6
A eficiência isentrópica do compressor é definida por
onde
é a entalpia na entrada,
a entalpia na saída se a compressão fosse isentrópica, e
a entalpia real de saída. Para
temos
isto é, o salto entálpico real
é
maior que no ciclo ideal.
Passo 7
Como o trabalho do compressor é
, um
menor faz
. Consequentemente o coeficiente de desempenho
diminui, pois o numerador
(capacidade frigorífica) quase não varia enquanto o denominador cresce. Além disso há maior temperatura de descarga e maior carga térmica no condensador.
Resposta
Os principais componentes de um ciclo de refrigeração por compressão de vapor são:
- Compressor: eleva pressão e temperatura do refrigerante.
- Condensador: rejeita calor ao meio ambiente, condensando o refrigerante.
- Dispositivo de expansão: faz estrangulamento adiabático, reduzindo pressão e temperatura do líquido.
- Evaporador: absorve calor do ambiente refrigerado e evapora o refrigerante.
Considerar um compressor com eficiência isentrópica de cerca de
implica que o trabalho real de compressão é aproximadamente
maior que no ciclo ideal, o que aumenta o consumo de energia e reduz o coeficiente de desempenho (COP). Além disso, a maior temperatura de descarga exige um condensador mais robusto.