U. | Universidade Federal de Sergipe |
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Centro de Ciências Exatas e Tecnologia | |
Departamento de Engenharia Mecânica |
Refrigerante 134a entra no compressor de um refrigerador como vapor superaquecido a
e
a uma taxa de
, e deixa a
e
. O refrigerante é arrefecido no condensador para
e
, 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
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:
- Entrada do compressor: vapor superaquecido a P₁=0,14 MPa e T₁=–10 °C, com ṁ=0,12 kg/s
- Saída do compressor: P₂=0,7 MPa e T₂=50 °C
- Saída do condensador (líquido saturado): P₃≈0,65 MPa e T₃=24 °C
- 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:
- Trabalho de compressor:
- Capacidade frigorífica (evaporador):
Bastam h₁, h₂ e h₄ pra calcular.
Passo 4
A eficiência isentrópica do compressor é
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:
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:
Potência de entrada do compressor:
(b) Eficiência isentrópica do compressor:
© Coeficiente de desempenho do refrigerador: