Em um sistema de refrigeração, onde o fluido de trabalho é o refrigerante, R-134a, este entra no compressor a 150,0 kPa e -10^circ C e sai com 1000 kPa e 90^circ C. A vazão do fluido refrigerante no sistema é de 0,013 kg / s, e a potência consumida pelo compressor é de 1,2 kW. O refrigerante após sair do compressor entra em um condensador, resfriado com água, com aproximadamente 1000 kPa e 80^circ C e sai como líquido a 900,0 kPa e 35^circ C. A água entra no condensador em contracorrente com o refrigerante, a 28^circ C e sai com 33^circ C.
Desenhe e rotule o fluxograma completo do processo;

Passo 1

Beleza, vamos por partes. O exercício pede pra desenhar e rotular todo o ciclo de refrigeração usando R-134a, com compressor, condensador (resfriado a água), válvula de expansão e evaporador.
Conteúdo: ciclo de refrigeração em termodinâmica.
O que precisamos:
  1. Identificar os quatro estados do refrigerante (antes e depois do compressor, depois do condensador e depois da válvula).
  2. Marcar pressões, temperaturas e fluxos mássicos.
  3. Desenhar cada componente (compressor, condensador, válvula, evaporador) e as setas de fluxo do refrigerante e da água.

Passo 2

Definindo os estados e componentes do ciclo:
Estado 1 (saída do evaporador / entrada do compressor):
– P₁ = 150 kPa, T₁ = –10 °C, vapor saturado.
Compressor (1→2): suga no estado 1 e entrega vapor superaquecido.
Estado 2 (saída do compressor / entrada do condensador):
– P₂ ≃ 1000 kPa, T₂ = 90 °C (ou 80 °C na entrada do condensador).
Condenador (2→3):
– Resfria vapor de T₂ → T_sat(@1000 kPa) → condensa → resfria líquido até 35 °C.
Estado 3 (saída do condensador):
– P₃ ≃ 900 kPa, T₃ = 35 °C, líquido sub-resfriado.
Válvula de expansão (3→4):
– Queda de pressão de 900 kPa → 150 kPa mantenho T₃ aproximadamente (processo isoentalpico).
Estado 4 (saída da válvula / entrada do evaporador):
– P₄ = 150 kPa, mistura líquido+vapor a –10 °C.
Evaporador (4→1):
– Absorve calor do ambiente, evapora o refrigerante até vapor saturado no estado 1.

Passo 3

Agora, o fluxograma (em contracorrente dentro do condensador pra água):
  1. Desenhe quatro blocos em sequência circular:
    a. Compressor
    b. Condensador
    c. Válvula de expansão
    d. Evaporador
  2. Ligue com setas indicando o sentido do fluxo do refrigerante (1→2→3→4→1).
  3. Ao lado do condensador, desenhe a tubulação de água:
    – Entrada: Tᵃ_gⁱᵃ = 28 °C → sai a 33 °C (contra-corrente ao refrigerante).
  4. Em cada linha de refrigerante, escreva:
    – Projeto de fluxo mássico: ṁ = 0,013 kg/s.
    – Potência do compressor: Ẇ_c = 1,2 kW (seta apontando pro compressor).

Passo 4

Rótulos que não podem faltar:
– Nos pontos 1,2,3,4: (P, T) e fase (vapor, líquido).
– Em cada componente: nome (Compress., Condens., Válvula, Evapor.).
– Setas de calor: Q̇_cond (saindo do refrigerante pra água), Q̇_evap (entrando no refrigerante do ambiente).
– Fluxo de água no condensador, indicar sentido contrário ao do refrigerante.
– Potência elétrica do compressor Ẇ_c (seta entrando no compressor).

Resposta

Fluxograma completo (texto descritivo):
  1. Estado 1 → Compressor → Estado 2
    • P₁ = 150 kPa, T₁ = –10 °C, vapor sat.
    • Ẇ_c = 1,2 kW, ṁ = 0,013 kg/s
  2. Estado 2 → Tubo → Condensador → Estado 3
    • Entrada: P₂ = 1000 kPa, T₂ ≃ 80 °C vapor superaquecido
    • Saída: P₃ = 900 kPa, T₃ = 35 °C líquido sub-ressfriado
    • Q̇_cond remove calor do R-134a
    • Água entra a 28 °C e sai a 33 °C (contracorrente)
  3. Estado 3 → Válvula de expansão → Estado 4
    • Salto de pressão isoentalpico: 900 → 150 kPa
    • Mistura líquido+vapor a ≃–10 °C
  4. Estado 4 → Evaporador → Estado 1
    • Evapora absorvendo Q̇_evap do ambiente
    • Retorna ao compressor como vapor saturado
Cada bloco deve ser ligado com setas, e todos os pontos rotulados conforme acima.

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