Um sistema de refrigeração em cascata com dois estágios funciona entre os limites de pressão de 0,8 MPa e 0,14 Mpa. Cada estágio funciona com R134a no ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal. A rejeição de calor do ciclo inferior para o superior ocorre num permutador de calor adiabático, onde ambos os fluxos entram a cerca de 0,32 MPa. Sabendo-se que a vazão mássica do R134a no ciclo superior de 0,05 kg, determine:
b) A taxa de remoção de calor do espaço refrigerado

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você tem um sistema de refrigeração em cascata com dois estágios usando R134a. O que a gente vai precisar aqui envolve entender como funciona o ciclo de compressão de vapor e como calcular a taxa de remoção de calor no espaço refrigerado. Basicamente, vamos descobrir quanta energia o sistema está tirando do lugar que você quer manter frio.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que em um ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal, a taxa de remoção de calor ($ \dot{Q}_L $) no espaço refrigerado é dada pela fórmula:
dotQL
Onde:
  • $ \dot{m} $ é a vazão mássica do refrigerante (kg/s).
  • $ h_{evap} $ é a entalpia do refrigerante na saída do evaporador.
  • $ h_{inicial} $ é a entalpia na entrada do evaporador.
Mas como estamos lidando com um sistema em cascata, precisamos considerar os dois estágios.

Passo 3

No sistema em cascata, o ciclo inferior rejeita calor para o ciclo superior no permutador de calor adiabático. Isso significa que o calor rejeitado pelo ciclo inferior é absorvido pelo ciclo superior. Portanto, a taxa de remoção de calor do espaço refrigerado no ciclo superior será igual à taxa de remoção de calor no ciclo inferior.

Passo 4

Sabemos que a vazão mássica no ciclo superior é $ \dot{m}_{superior} = 0,05 , kg/s $. Vamos precisar das entalpias nos estados de entrada e saída do evaporador do ciclo superior. Supondo que o refrigerante entre como vapor saturado na pressão de evaporação, podemos usar tabelas do R134a para encontrar essas entalpias.

Passo 5

Consultando as tabelas termodinâmicas do R134a:
  • Na entrada do evaporador (estado 1): $ h_1 = $ entalpia do vapor saturado a 0,8 MPa.
  • Na saída do evaporador (estado 2): $ h_2 = $ entalpia do líquido saturado a 0,8 MPa (após expansão).
Vamos supor que:
  • $ h_1 = 247,4 , kJ/kg $
  • $ h_2 = 85,3 , kJ/kg $

Passo 6

Agora, aplicamos a fórmula da taxa de remoção de calor:
dotQL = dotm times (h1 - h2) = 0,05 , kg/s times (247,4 - 85,3) , kJ/kg
dotQL = 0,05 times 162,1 = 8,105 , kW

Resposta

A taxa de remoção de calor do espaço refrigerado é de aproximadamente 8,1 kW.

Exercícios relacionados