Considere um sistema de refrigeração resfriando a uma taxa de 300 kJ/min em um ciclo ideal de vaporização-compressão com refrigerante R-134a. O refrigerante entra no compressor como vapor saturado a 133,7 kPa e é comprimido a 771 kPa. Mostre o ciclo em um diagrama (com as linhas de saturação). Determine:

a) O título do refrigerante na saída da válvula de expansão

b) O coeficiente de performance

c) A potência fornecida ao compressor.

Dados: Tabela de saturação do R-134A.

Tabela de vapor superaquecido do R-134A.

Vamos colocar os dados fornecidos pela questão:

• Taxa de resfriamento = 300kJ/min.
• Entrada no compressor (ponto 1) vapor saturado = 140 kPa.
• Saída do compressor (ponto 2) = 800 kPa.
• Refrigerante R-134A.

Além disso, a gente vê que no estado 3 o refrigerante se encontra como líquido saturado (porque está em cima da curva de saturação ao lado esquerdo). E o processo 2 – 3 é isobárico, logo

Outra coisa que a gente tem que lembrar é que o processo 3 – 4 (que ocorre na válvula de expansão) é isoentálpico então .

Para começar a resolver as questões temos de saber ler e interpretar as tabelas fornecidas (aqui estão simplificadas para facilitar mais a compreensão), para facilitar ainda mais vamos fazer uma tabelinha com as propriedades em cada estado.

Só temos as pressões em cada estado, mas sabemos que no estado 1 temos vapor saturado, então podemos ir lá na tabela de vapor saturado e trazer as propriedades referentes a pressão de 133,7 kPa.

Para o estado 2 vamos utilizar os valores da tabela de vapor superaquecido, aqui ta fácil porque só existe uma linha, mas a parada é perceber que o processo 1 – 2 é isentrópico então o procedimento é achar na tabela de vapor superaquecido a pressão de 771 kPa e entropia igual a 1,74 kJ/kg K. Então vamos ter

Para o estado 3 temos um estado de líquido saturado então temos de voltar na tabela de saturação com pressão de 771 kPa na coluna de líquido saturado:

Agora só falta o estado 4, obaaa!!! O processo 3 – 4 é isentálpico então terá a mesma entalpia de 3. Além disso, a temperatura é igual a de 1. MAS PARA TUDO!!!! Porque esse estado não é de saturação, existe uma mistura de vapor e líquido então temos de saber o título (que é a letra A) para calcular essas grandezas. Então nossa tabelinha fica assim:

Agora vamos achar o título do refrigerante na saída da válvula de expansão (ponto 4), olhando para o gráfico é nítido que o ponto 4 se encontra dentro do “sino” e por isso é uma mistura de vapor e líquido.

Para achar o valor do título vamos utilizar aquela relação entre a propriedade no estado líquido e no vapor, que é dada como:

Presta atenção, porque aqui podemos utilizar qualquer propriedade, não precisa ser necessariamente a entalpia ok! Mas no estado 4 a entalpia vai ser a única propriedade que conhecemos.

Então vamos ter

Pela tabela de saturação temos que e . Substituindo os valores:

O coeficiente de performance é dado por:

O calor frio e trabalho são iguais às variações de entalpia, como o trabalho que entra no sistema acontece no compressor 1 – 2 e o calor frio é transferido no evaporador 1 – 4.

Assim,

A potência fornecida ao compressor é igual ao trabalho específico vezes a vazão em massa.

O problema é que a vazão mássica não foi dada, mas o problema forneceu a taxa de resfriação 300 kJ/min.

Então podemos fazer duas coisas, a primeira é achar a vazão mássica, a outra (mais prática para este caso) é utilizar o coeficiente de performance: