Um sistema de refrigeração por compressio de vapor trabalha com refrigerante R -134a a uma taxa de 10 kg / min. O refrigerante entra no compressor a -17^circ C e 0,11 MPa e sai a 0,9 MPa. A eficiência isoentrópica do compressor é de 80 %. Nilo hí queda de pressào apreciável à medida que o refrigerante escoa pelo condensador e pelo evaporador. O refrigerante sai do condensador a 0,9 MPa e 35^circ C. Ignorando os efeitos de transferência de calor entre o compressor e a vizinhança, determine:
a) COP ;
b) Capacidade frigorifica, em kW ;
c) O trabalho liquido, em kW ;
d) Diagrama T-s;
e) Considerando dois ciclos de refrigeração por compressão de vapor, O vapor entra na válvula de expansâo como líquido saturado a 30^circ C em um ciclo e como líquidoí subresfriado a 30^circ no outro. A pressão do evaporador de ambos os ciclos 6 igual. Qual ciclo terá um COP mais alto considerando a mesma capacidade de refrigeraçâo.
T(°C) P(kPa) h(kJ/kg) s(kJ/kg-K)
52,1 900 287 0,9728
-24,28 110 100,9 0,4077
-17 110 241,6 0,9728
35 900 100,9 0,3714

Passo 1

Beleza, vamos recapitular: é um ciclo de refrigeração por compressão de vapor usando R-134a, com vazão de 10 kg/min (ou 0,1667 kg/s).
Estados conhecidos:
  • Estado 1: vapor saturado a –17 °C e 0,11 MPa (tabela: kJ/kg, kJ/kg·K).
  • Estado 2: vapor comprimido a 0,9 MPa, compressor com eficiência isoentrópica de 80 %.
  • Estado 3: líquido saturado a 35 °C e 0,9 MPa (tabela: kJ/kg).
  • Estado 4: depois da válvula de expansão, mesma pressão de 0,11 MPa, .
Conteúdo da matéria: ciclo de refrigeração, processos isentrópico real, tabela de propriedades, cálculo de COP, capacidades e discussão de subresfriamento. A gente vai precisar dos valores de e na tabela e usar
,
– eficiência do compressor,
– balanços de energia por kg de refrigerante.

Passo 2

Calcular vazão mássica em kg/s:
dot m = 10;kg/min60;s/min = 0,1667;kg/s

Passo 3

Compressão isoentrópica: o entropia ideal no estado 2s é
s2s = s1 = 0,9728
Na tabela de 0,9 MPa, vapor saturado a 52,1 °C tem exatamente e kJ/kg.

Passo 4

Compressor real (eficiência h2 = h1 + h2s-h1etac = 241,6 + 287 - 241,60,8 = 298,35;kJ/kg ):
wc = h2 - h1 = 298,35 - 241,6 = 56,75;kJ/kg
Trabalho específico do compressor:

Passo 5

Condensação: sai líquido saturado no estado 3, então
h3 = 100,9;kJ/kg

Passo 6

Expansão isoentalpica (válvula):
h4 = h3 = 100,9;kJ/kg

Passo 7

Evaporação: calor absorvido por kg de fluido
qL = h1 - h4 = 241,6 - 100,9 = 140,7;kJ/kg

Passo 8

COP do ciclo:
COP = qLwc = 140,756,75 approx 2,48

Passo 9

Capacidade frigorífica em kW:
dot QL = dot m , qL = 0,1667 times 140,7 approx 23,45;kW

Passo 10

Trabalho líquido (potência consumida pelo compressor):
dot W = dot m , wc = 0,1667 times 56,75 approx 9,46;kW

Passo 11

Diagrama T–s (só pra visualizar):
1 → 2s (isentrópico pra 0,9 MPa)
2s → 2 (real, mais quente)
2 → 3 (condensação a 0,9 MPa)
3 → 4 (expansão isoentalpica)
4 → 1 (evaporação a 0,11 MPa)
Num gráfico T vs. s, você liga esses pontos na ordem do ciclo.

Passo 12

Parte (e): comparar ciclo sem e com subresfriamento a 30 °C (mesma pressão do evaporador e mesma refrigeração).
– Subresfriar significa menor, logo menor.
– Mesmo (evaporação igual) e mesmo processo de compressão, então praticamente não muda.
– Mas fica maior.
Logo, para mesma potência de compressor, o ciclo subresfriado entrega mais frio e ganha COP maior.

Resposta

a) COP ≈ 2,48
b) Capacidade frigorífica ≈ 23,45 kW
c) Trabalho líquido ≈ 9,46 kW
d) Diagrama T–s: ciclo 1→2s→2→3→4→1, conforme descrito no Passo 11
e) O ciclo com líquido subresfriado a 30 °C tem COP maior do que o que usa líquido saturado a 30 °C.

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