Enunciado

Considere um ciclo de refrigeração de Carnot executado em um sistema fechado, na região de mistura líquido-vapor saturada, utilizando 0,96 kg de refrigerante-134a como fluido de trabalho. Sabe-se que a temperatura absoluta máxima do ciclo e igual a 1,2 vez a temperatura absoluta mínima e que o trabalho líquido fornecido ao ciclo e de 22 kJ. Considerando que o refrigerante muda de vapor saturado para líquido saturado durante o processo de rejeição de calor, determine a pressão mínima do ciclo.

Passo 1

Vamos lá! A questão nos informa que um ciclo de refrigeração Carnot é executado num sistema fechado com uma massa fixa de R-134a. A entrada líquida de trabalho e o são dadas as temperaturas máximas e mínimas. A pressão mínima no ciclo deve ser determinada.

Então podemos representar como:

Vamos supor que a geladeira opera no ciclo inverso do Carnot, que é totalmente reversível.

Passo 2

Pronto já temos todas as informações necessárias, vamos para a análise. O coeficiente de desempenho do ciclo é

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

C O P R = 1 1.2 - 1 = 5

Como também,

C O P R = Q L W

Logo,

Q L = C O P R * W = 5 22   k J = 110   k J

Q H = Q L + W = 110 + 22 = 132   k J

Desse modo,

q H = Q H m = 132 k J 0.96 k g

q H = h f g @ T H = 137.5   k J / k g

Passo 3

Já que a entalpia de vaporização h f g a um dado T ou P representa a quantidade de transferência de calor por unidade de massa como uma substância é convertido de líquido saturado para vapor saturado a esse T ou P. Portanto, T H é a temperatura que corresponde ao

h f g de 137,5 kJ/kg, e é determinado a partir das tabelas R-134a a ser

T H   = 61.3 ° C = 334.3   K

Então

T L = T H 1.2 = 334.3 K 1.2 = 278.6   K = 5.6 ° C

Portanto,

P m i n = P s a t @ 5.6 ° C   = 355   k P a

Resposta

P m i n = P s a t @ 5.6 ° C   = 355   k P a

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