Um refrigerador de Carnot opera com
de R-134a como fluido de trabalho. A temperatura da fonte quente é de
e a da fonte fria é de
. O processo de compressão deixa o refrigerante no estado de vapor saturado e o processo de rejeição de calor cessa quando o refrigerante atinge o estado de líquido saturado. Considerando que a entrada líquida de trabalho no ciclo é de 15 kJ , determine:
a. Esboce o ciclo nos diagramas
e
, indicando as linhas de saturação, os sentidos e os estados (1, 2, 3 e 4).
b. A fração de massa de R-134a que se vaporiza durante o processo de absorção de calor, em %
c. A pressão ao final do processo de absorção de calor, em kPa .
a. Esboce o ciclo nos diagramas
b. A fração de massa de R-134a que se vaporiza durante o processo de absorção de calor, em %
c. A pressão ao final do processo de absorção de calor, em kPa .
Passo 1
O enunciado descreve um refrigerador de Carnot que usa
de R-
a, operando entre as temperaturas da fonte quente
e da fonte fria
. O ciclo é reverso ao motor de Carnot:
– Processo : evaporação isoterma a
(entrada de calor
).
– Processo : compressão adiabática reversível (isentrópica) de
até
.
– Processo : rejeição de calor isoterma a
(saída de calor
).
– Processo : expansão adiabática reversível de
até
.
Sabendo que o trabalho líquido de entrada é , precisamos:
a. Esboçar qualitativamente o ciclo nos diagramas e
, marcando a curva de saturação, os sentidos e os estados
,
.
b. Calcular a fração de massa que se vaporiza em , em %.
c. Determinar a pressão de saturação no final de , em kPa.
– Processo
– Processo
– Processo
– Processo
Sabendo que o trabalho líquido de entrada é
a. Esboçar qualitativamente o ciclo nos diagramas
b. Calcular a fração de massa que se vaporiza em
c. Determinar a pressão de saturação no final de
Passo 2
Esboço qualitativo do ciclo:
– Diagrama :
– Diagrama
Trace a curva de saturação (domo). Desenhe duas linhas horizontais: a inferior em
(evaporação
) e a superior em
(condensação
).
Estado : ponto à esquerda do domo em
(líquido saturado,
).
: evaporação isoterma, vai até o ponto à direita do domo em
(vapor saturado).
Estado : vapor saturado em
.
: subida isentrópica (vertical para cima) até atingir o topo do domo em
.
Estado : vapor saturado em
, à direita do domo em
.
: condensação isoterma, horizontal para a esquerda até líquido saturado em
.
Estado : líquido saturado em
.
: descida isentrópica (vertical para baixo) até
, fechando o ciclo.
Estado
Estado
Estado
Estado
– Diagrama
:
Similar, mas agora a curva de saturação é fechada em forma de “campânula” no eixo . Desenhe duas retas horizontais: a inferior a
e a superior a
. Marque
(isobárico em
),
(isentrópico subindo até
),
(isobárico em
),
(isentrópico descendo até
).
Similar, mas agora a curva de saturação é fechada em forma de “campânula” no eixo
Passo 3
Cálculo do coeficiente de desempenho e do calor absorvido em
.
Para um refrigerador de Carnot vale
Para um refrigerador de Carnot vale
Substituindo
Como
,
Passo 4
Fração de massa vaporada em
.
No evaporador o calor de vaporização por kg é . Para R-
a a
temos aproximadamente
No evaporador o calor de vaporização por kg é
Se
for a fração de massa que se vaporiza, então
Logo
Passo 5
Pressão de saturação no final de
.
A evaporação ocorre a . A pressão de saturação correspondente é
A evaporação ocorre a
Resposta
a. Ciclo esquemático nos diagramas
e
conforme descrito no Passo
.
b. .
c.
b.
c.