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:
A potência de compressão;

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um sistema de refrigeração que funciona com R-134a como refrigerante. As temperaturas de evaporação e condensação são -30 °C e 40 °C, respectivamente, e a vazão mássica do refrigerante é de 2 kg/s. A missão aqui é descobrir qual é a potência de compressão desse sistema. Vamos precisar entender um pouquinho sobre ciclos de compressão de vapor e usar algumas fórmulas básicas da termodinâmica para resolver isso.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o ciclo de compressão de vapor. Esse ciclo tem basicamente quatro etapas:
  1. Evaporação: O refrigerante líquido absorve calor no evaporador e se transforma em vapor.
  2. Compressão: O vapor é comprimido pelo compressor, aumentando sua pressão e temperatura.
  3. Condensação: O vapor quente libera calor no condensador e volta a se tornar líquido.
  4. Expansão: O líquido passa por uma válvula de expansão, diminuindo sua pressão e temperatura antes de voltar ao evaporador.
Para encontrar a potência de compressão, precisamos calcular a diferença de entalpia do refrigerante entre a saída do evaporador (estado 1) e a saída do compressor (estado 2). A fórmula básica que vamos usar é:
Pcompressão = dotm times (h2 - h1) ã
onde:
  • $ P_{compressão} $ é a potência de compressão,
  • $ \dot{m} $ é a vazão mássica (2 kg/s),
  • $ h_1 $ é a entalpia no estado 1,
  • $ h_2 $ é a entalpia no estado 2.

Passo 3

Vamos determinar $ h_1 $, que é a entalpia do refrigerante no estado 1, ou seja, após a evaporação. Como a temperatura de evaporação é -30 °C, assumimos que o refrigerante está como vapor saturado nessa condição.
Consultando as tabelas termodinâmicas do R-134a (que normalmente a gente encontra em livros ou materiais específicos), encontramos que:
h1

Passo 4

Agora, precisamos achar $ h_2 h2 óããáóé s_2 s2 éà s_1 $).
s1
Com essa entropia e sabendo que a pressão após a compressão é de aproximadamente 1,678 MPa (correspondente a 40 °C), consultamos novamente as tabelas do R-134a para encontrar $ h_2 $. Estimando, temos:
s2 = s1 approx 0,95 , kJ/kg·K

Passo 5

Agora, vamos calcular a diferença de entalpia:
De
Com a diferença de entalpia e a vazão mássica, aplicamos a fórmula da potência de compressão:
Pcompressão = dotm times Deã

Resposta

A potência de compressão do sistema é aproximadamente 25,1 kW.

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