U. Universidade Federal de Sergipe
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia
Departamento de Engenharia Mecânica
Refrigerante 134a entra no compressor de um refrigerador como vapor superaquecido a 0,14 MPa e -10^circ C a uma taxa de 0,12 kg / s, e deixa a 0,7 MPa e 50^circ C. O refrigerante é arrefecido no condensador para 24^circ C e 0,65 MPa, e é estrangulado para 0,15 MPa. Desconsiderando qualquer transferência de calor e queda de pressão nas linhas de conexão entre os componentes, mostrar o ciclo em um diagrama de T-s no que diz respeito às linhas de saturação, e determinar (a) a taxa de remoção de calor a partir do espaço refrigerado e a potência de entrada para o compressor, (b) a eficiência isentrópica do compressor, e © o COP do refrigerador.
Resp.: (a) 19,4 kW, 5,06 kW, (b), 82,%, © 3,83

Passo 1

Beleza, aí vai o resumo do problema. A gente tem um ciclo frigorífico usando R-134a passando por quatro estados:
  1. Entrada do compressor: vapor superaquecido a P₁=0,14 MPa e T₁=–10 °C, com ṁ=0,12 kg/s
  2. Saída do compressor: P₂=0,7 MPa e T₂=50 °C
  3. Saída do condensador (líquido saturado): P₃≈0,65 MPa e T₃=24 °C
  4. Depois do estrangulamento (válvula de expansão): P₄=0,15 MPa, com h₄=h₃
Conteúdo: ciclo de refrigeração, tabelas de propriedades de R-134a (h, s), primeira lei aplicada a cada componente e definição de eficiência isentrópica e COP. A gente vai precisar pegar valores de hᵢ e sᵢ nas tabelas de R-134a e depois aplicar fórmulas de balanço de energia e as definições de desempenho.

Passo 2

Definindo entalpias e entropias a partir das tabelas (superaquecido e saturado):
  • Estado 1 (entrada comp): h₁, s₁ em P₁,T₁
  • Estado 2 (saída comp): h₂ em P₂,T₂
  • Estado 3 (líquido condensado): h₃ em P₃,T₃
  • Estado 4 (pós-estrang.): h₄ = h₃
Na prática você vai à tabela de R-134a, localiza P e T ou s e lê h e s.

Passo 3

Agora, as fórmulas do ciclo:
  1. Trabalho de compressor: dot Wrm comp = dot m,(h2 - h1)
  2. Capacidade frigorífica (evaporador): dot QL = dot m,(h1 - h4)
Bastam h₁, h₂ e h₄ pra calcular.

Passo 4

A eficiência isentrópica do compressor é
etas = h2s - h1h2 - h1
onde h₂ˢ é a entalpia no final de uma compressão isentrópica (mesmo s₁, na pressão P₂). A gente pega s₁, vai à tabela de R-134a em P₂ com esse s para ler h₂ˢ.

Passo 5

Por fim o COP do refrigerador vem direto:
COP = dot QLdot Wrm comp
Substituindo ṁ=0,12 kg/s e os valores lidos nas tabelas, obtém-se:

Resposta

(a) Ṫaxa de remoção de calor do evaporador:
Potência de entrada do compressor:
(b) Eficiência isentrópica do compressor:
© Coeficiente de desempenho do refrigerador:

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