Enunciado

11.3 Um ciclo de refrigeração de Carnot operando em regime permanente utiliza o refrigerante 134a como fluido de trabalho. O refrigerante muda de vapor saturado para líquido saturado a 40°C no condensador enquanto rejeita calor. A pressão do evaporador é de 100 kPa. Mostre o ciclo em um diagrama T.s com as linhas de saturação e determine (a) o coeficiente de performance, (b) a quantidade de calor absorvido do espaço de refrigerado e (c) a entrada de trabalho líquido.

Passo 1

Bom, gente, vamos começar pelo diagrama T-s de um ciclo de Carnot. Ele é composto de duas linhas horizontais relativas aos processos isotérmicos de troca de calor e duas linhas verticais relativas aos processos isentrópicos. A linha horizontal de cima é a linha relativa à rejeição de calor através do condensador. O enunciado diz que essa troca de calor ocorre a T H = 40   ° C .

A linha horizontal que fica embaixo é a linha de absorção de calor através do evaporador. Nessa troca de calor, o fluido refrigerante evapora. Logo, a temperatura T L dessa linha horizontal é a temperatura de saturação do refrigerante 134a na pressão em que ele se encontra (a pressão vale 100 kPa segundo o enunciado).

Passo 2

(a) Para calcular o coeficiente de performance do refrigerador de Carnot, usamos a fórmula abaixo.

C O P R , C = 1 T H T L - 1

No enunciado ele diz que vapor saturado muda para líquido saturado a 40°C, então:

T H = 40 ° C

Cuidado! Não podemos usar a temperatura em °C na fórmula de C O P ! Temos que passar pra Kelvin! Passando pra Kelvin...

T H = 313   K

Pra achar a temperatura T L da troca de calor no evaporador, vamos usar os dados da Tabela A-11 e ver a temperatura de saturação. Sabemos que a pressão de saturação (pressão no evaporador) é 100 kPa, então precisamos olhar na tabela a que temperatura essa pressão corresponde.

T L = …

Aff.. só tem para 92,76 kPa ou 101,73 kPa... Uma das maneiras mais simples e aceitável de resolvermos esse problema é interpolando....... (eu que lute)

100 - 101,73 92,78 - 101,75 = T L - - 26 - 28 - - 26

T L = - 26,39   ° C

Passando pra Kelvin:

T L = 246,61   K

Portanto:

C O P R , C = 1 313 246,61 - 1

C O P R , C = 3,71

Passo 3

(b) Para calcular a quantidade de calor pedida vamos usar:

Q H Q L = T H T L

Q L = T L T H Q H

Com os dados da Tabela A-11 ainda, podemos pegar as entalpias do líquido saturado h l e do vapor saturado h v do refrigerante a 40°C para calcular Q H pela fórmula abaixo.

Q H = h 3 - h 4

Como estado 3 é de vapor saturado:

h 3 = h v

h 3 = 271,27   k J / k g

Como o estado 4 é de líquido saturado:

h 4 = h l

h 4 = 108,26   k J / k g

Substituindo os valores na fórmula de Q H :

Q H = 271,27 - 108,26

Q H = 163,01   k J / k g

Substituindo os valores na equação lá de cima de Q L :

Q L = 246,61   313 163,01

Q L = 128,43   k J / k g

Passo 4

(c) a entrada de trabalho líquido W é a diferença entre o calor rejeitado no condensador Q H e o calor absorvido no evaporador Q L :

W = Q H - Q L

W = 163,01   - 128,43

W = 34,58   k J / k g

Resposta

  1. C O P R , C = 3,71
  2. Q L = 128,43   k J / k g
  3. W = 34,58   k J / k g
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