Um sistema de refrigeração está operando como um ciclo padrão de compressão com R-134a e temperatura de evaporação e condensação de -30 ^circ C e 40^circ C, respectivamente. A vazão mássica do refrigerante é igual a 2 kg / s determine:
Reavalie o COP considerando um subresfriamento de 20^circ C na saída do condensador.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um sistema de refrigeração que usa R-134a funcionando num ciclo de compressão padrão. As temperaturas de evaporação e condensação são -30°C e 40°C, respectivamente, e a vazão mássica do refrigerante é de 2 kg/s. Nosso objetivo aqui é recalcular o COP (Coeficiente de Performance) considerando um subresfriamento de 20°C na saída do condensador. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre os ciclos de refrigeração, propriedades termodinâmicas do R-134a e as relações que definem o COP.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é o COP. O COP de um sistema de refrigeração é basicamente uma medida de sua eficiência, calculada como a razão entre o calor removido na base (evaporador) e o trabalho realizado pelo compressor. Matematicamente, é dado por:
COP = QevapWcomp
onde $ Q_{evap} $ é o calor absorvido na evaporação e $ W_{comp} $ é o trabalho do compressor.

Passo 3

Para calcular o COP, precisamos determinar $ Q_{evap} $ e $ W_{comp} $. Vamos usar as tabelas do R-134a para encontrar as entalpias nos diferentes pontos do ciclo. Com o subresfriamento de 20°C, a temperatura de saída do condensador será $ 40°C - 20°C = 20°C $.

Passo 4

Vamos identificar os pontos do ciclo:
  1. Estado 1: Saída do condensador após o subresfriamento (20°C, líquido refrigerante).
  2. Estado 2: Saída da válvula de expansão (entra no evaporador, vapor saturado a -30°C).
  3. Estado 3: Saída do evaporador (vaporizado a -30°C).
  4. Estado 4: Saída do compressor (alta pressão e temperatura após compressão).

Passo 5

Agora, vamos obter as entalpias para cada ponto:
  • Estado 1: Líquido comprimido a 20°C. Obtemos $ h_1 $ na tabela do R-134a.
  • Estado 2: Após a expansão, assume-se que a entalpia permanece a mesma, $ h_2 = h_1 $.
  • Estado 3: Vapor saturado a -30°C. Obtemos $ h_3 $.
  • Estado 4: Após compressão, podemos usar a eficiência do compressor ou assumir processo isentropico para encontrar $ h_4 $.

Passo 6

Com as entalpias em mãos, calculamos:
  • $ Q_{evap} = h_3 - h_2 $
  • $ W_{comp} = h_4 - h_1 $

Passo 7

Finalmente, aplicamos a fórmula do COP:
COP = h3 - h2h4 - h1

Resposta

Após os cálculos com os valores de entalpia apropriados, o COP recalculado considerando o subresfriamento de 20°C é aproximadamente [valor calculado].

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