O sistema de refrigeração por compressão de vapor de uma geladeira doméstica tem uma capacidade frigorífica de
. O refrigerante entra no evaporador a
e sai a
. A eficiência isentrópica do compressor é de
. O refrigerante se condensa a
e sai do condensador sub-resfriado
. Não existe queda de pressão apreciável nos escoamentos pelo evaporador e pelo condensador. Determine as pressões no evaporador e no condensador, ambas em lbf/in
, a vazão mássica do refrigerante, em lb/min, a potência de acionamento do compressor, em HP, e o coeficiente de desempenho para (a) Refrigerante 134a e (b) propano como fluidos de trabalho.
Passo 1
O problema descreve um ciclo de refrigeração por compressão de vapor com capacidade de
. O refrigerante entra no evaporador a
, sai superaquecido a
, é comprimido (eficiência isentrópica de 75 %), condensa a
e sai sub-resfriado a
. Não há quedas de pressão no evaporador ou condensador. Precisamos aplicar:
- Tabelas de saturação para obter
e . - Entalpias nos quatro estados do ciclo usando calor específico médio no gás e no líquido e as entalpias de saturação.
- Equação de eficiência isentrópica do compressor
- Balanço de energia no evaporador (
), na condensação e no compressor. - Cálculo da vazão mássica (
), potência ( ) e COP ( ).
Faremos isso para (a) R-134a e (b) propano.
Passo 2
Determinação das pressões de saturação:
Para cada fluido usamos a temperatura de evaporação e de condensação
. Pela leitura em tabela de saturação:
– R-134a:
em
em
– Propano:
em
em
Para cada fluido usamos a temperatura de evaporação
– R-134a:
– Propano:
Passo 3
Cálculo das entalpias nos quatro estados para R-134a (unidades Btu/lbm):
Estado 1 (evaporador → saída vapor superaquecido):
Estado 1 (evaporador → saída vapor superaquecido):
Estado 2s (após compressão isentrópica até
):
Estado 2 (real, com
):
Estado 3 (líquido sub-resfriado a
):
Estado 4 (após válvula de expansão):
Passo 4
Com R-134a:
Refrigeração específica
Refrigeração específica
Vazão mássica
Potência do compressor
Coeficiente de desempenho
Passo 5
Para o propano repetimos o mesmo procedimento (c_{p,v}=0,42;;c_{p,l}=0,64;;R=0,045):
Estado 1:
Estado 1:
Estado 2s:
Estado 2:
Estado 3 (sub-resfriado a
):
Estado 4:
Refrigeração específica
Refrigeração específica
Vazão mássica
Potência
COP
Resposta
(a) Refrigerante R-134a
(b) Propano