Em um sistema de refrigeração, onde o fluido de trabalho é o refrigerante, R-134a, este entra no compressor a
e
e sai com 1000 kPa e
. A vazão do fluido refrigerante no sistema é de
, e a potência consumida pelo compressor é de
. O refrigerante após sair do compressor entra em um condensador, resfriado com água, com aproximadamente 1000 kPa e
e sai como líquido a
e
. A água entra no condensador em contracorrente com o refrigerante, a
e sai com
.
Desenhe e rotule o fluxograma completo do processo;
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:
Conteúdo: ciclo de refrigeração em termodinâmica.
O que precisamos:
- Identificar os quatro estados do refrigerante (antes e depois do compressor, depois do condensador e depois da válvula).
- Marcar pressões, temperaturas e fluxos mássicos.
- 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.
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):
- Desenhe quatro blocos em sequência circular:
a. Compressor
b. Condensador
c. Válvula de expansão
d. Evaporador - Ligue com setas indicando o sentido do fluxo do refrigerante (1→2→3→4→1).
- Ao lado do condensador, desenhe a tubulação de água:
– Entrada: Tᵃ_gⁱᵃ = 28 °C → sai a 33 °C (contra-corrente ao refrigerante). - 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).
– 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):
- Estado 1 → Compressor → Estado 2
• P₁ = 150 kPa, T₁ = –10 °C, vapor sat.
• Ẇ_c = 1,2 kW, ṁ = 0,013 kg/s - 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) - Estado 3 → Válvula de expansão → Estado 4
• Salto de pressão isoentalpico: 900 → 150 kPa
• Mistura líquido+vapor a ≃–10 °C - 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.