Um sistema de refrigeração de duplo estágio de compressão opera com pressões de condensação e evaporação de 800 kPa e 140 kPa , respectivamente. O fluido refrigerante (R134a) deixa o condensador como líquido saturado sendo expandido a partir de uma válvula até uma pressão intermediária de 320 kPa . O vapor formado durante essa expansão é separado do líquido, sendo levado para se misturar com o vapor que sai do compressor de baixa pressão. Em seguida, essa mistura é comprimida pelo compressor de alta pressão até atingir a pressão de condensação. O liquido proveniente do processo de separação intermediária é expandido até atingir a pressão de evaporação e circulado no evaporador, deixando-o no estado de vapor saturado seco. Considerando compressōes ideais: (i) esboce o ciclo em um diagrama T-s e determine (ii) o COP do ciclo e (ii) o COP do ciclo padrão de único estágio equivalente. [3,0p]
Passo 1
O enunciado descreve um ciclo frigorífico de duplo estágio com fluido R-
a, pressões de evaporação
, intermediária
e condensação
. O refrigerante deixa o condensador como líquido saturado, sofre expansão para
, separa-se em vapor e líquido, o vapor mistura-se ao vapor comprimido no estágio de baixa pressão e segue para o compressor de alta pressão, enquanto o líquido restante segue para evaporador e volta na forma de vapor saturado.
Conteúdo: diagrama , entalpias e entropias de estados saturados e comprimidos do R-
a e cálculo de COPs pelo balanço de energia e balanço de massa no flash.
Conteúdo: diagrama
Passo 2
Esboce qualitativamente o ciclo no diagrama
:
. Linha de evaporação de
kPa: ponto
.
. Compressão isentrópica
até
kPa.
. Compressão isentrópica
até
kPa (onde
é o vapor separado no flash).
. Resfriamento condensador
até líquido saturado a
kPa.
. Expansão isentrópica (isentálpica)
até
kPa (flash).
. Expansão isentrópica
até
kPa e evaporação
.
Passo 3
Defina as entalpias (todas retiradas da tabela de propriedades do R-
a):
– ,
.
– obtido impondo
a
.
– .
– Após flash isentalpico ,
–
–
–
– Após flash isentalpico
com fração de vapor
– O vapor separado tem
; ao comprimir isentrópico até
kPa obtém-se
com
.
– O líquido do flash leva ; expande-se até
kPa mantendo
.
– O líquido do flash leva
Passo 4
Escreva efeitos e trabalhos (base
kg de refrigerante que sai do condensador e entra no flash):
Refrigeração no evaporador
Refrigeração no evaporador
Trabalho do compressor de baixa pressão
Trabalho do compressor de alta pressão
Passo 5
O COP do ciclo duplo-estágio é
Passo 6
Para o ciclo padrão de único estágio entre
kPa e
kPa (compressão isentrópica de
), define-se
e
Resposta
Não é possível obter valores numéricos de
e
sem consultar a tabela de propriedades (entalpias
e entropias
) do R-
a nos pontos indicados.