O refrigerante R134a entra no compressor de um refrigerador como vapor superaquecido a 0,14 MPa, com um grau de superaquecimento de 5^circ C. Este fluido refrigerante sai a 0,8 MPa. O refrigerante é resfriado no condensador isobaricamente até uma certa temperatura, considerando um grau de subresfriamento de 4^circ C. Levando em conta que a eficiência isentrópica seja eta isen =0,282+0,077 cdot rp-0,006 cdot rp^2 e a eficiência volumétrica da vazão volumétrica que passa pelo compressor seja etav=1,037-0,152 cdot rp+0,024 cdot rp^2- 0,001 cdot rp^3. Considere também os seguintes dados referentes ao compressor: N=2900 rpm (velocidade de rotação do compressor), V(volume deslocado do compressor) =20,4 cm^3. Determinar: (F) O COP do sistema e

Passo 1

Beleza, então o nosso exercício é de termodinâmica de ciclos de refrigeração com R134a. A ideia é calcular o COP do refrigerador sabendo:
  1. Entrada do compressor como vapor superaquecido a 0,14 MPa e 5 °C de superaquecimento.
  2. Saída do compressor a 0,8 MPa, usando uma eficiência isentrópica dada.
  3. Condensação isobárica até 4 °C de subresfriamento a 0,8 MPa.
  4. As eficiências isentrópica e volumétrica do compressor dependem da razão de pressão COP = qLwin .
  5. O compressor gira a 2900 rpm e desloca 20,4 cm³ por volta.
Para resolver vamos precisar:
  • Tabelas de propriedades do R134a (saturado e superaquecido).
  • Definição de eficiência isentrópica .
  • Definição de eficiência volumétrica .
  • Noções de processo isentrópico, expansão isentrópica, e fórmula do COP:
onde e .

Passo 2

Primeiro a gente identifica os estados do ciclo:
Estado 1: entrada do compressor, superaque­cido.
  • T1 = -10,3 + 5 = -5,3,^circC .
  • A saturação nesse h1 approx 402 kJ/kg, s1 approx 1,75 kJ/(kgcdot K) .
  • Como é 5 °C de superaquecimento, a temperatura real de entrada é
Na tabela de superaquecido a e achamos (aprox.):

Passo 3

Estado 2: saída do compressor, pressão rp=P2P1=0,80,14approx5,714 .
  1. Calculamos a razão de pressão
etaisen =0,282+0,077,rp-0,006,rp^2 approx0,282+0,077cdot5,714-0,006cdot(5,714)^2 approx0,526
  1. Eficiência isentrópica
h2sapprox429 kJ/kg
  1. Se o processo fosse isentrópico h2 = h1 + h2s-h1etaisen =402 + 429-4020,526 approx453,3 kJ/kg , na tabela superaque­cido a 0,8 MPa e acharíamos
  1. Então o entalpia real de saída é

Passo 4

Estado 3: saída do condensador, líquido subresfriado.
  • Ainda h3approx252 kJ/kg , .
  • Subresfriamento de 4 °C → .
    Na tabela de líquido comprimido a 0,8 MPa e 27,1 °C:

Passo 5

Estado 4: após a válvula (expansão isenthalpica)
h4 = h3 = 252 kJ/kg
Para calcular o resfriamento no evaporador, a gente faz:
qL = h1 - h4 = 402 - 252 = 150 kJ/kg
E o trabalho específico do compressor é
win = h2 - h1 = 453,3 - 402 = 51,3 kJ/kg

Passo 6

Fórmula do COP do refrigerador:
COP = qLwin = 15051,3 approx2,92

Resposta

O COP do sistema de refrigeração calculado é aproximadamente 2,92.

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