O compressor de um refrigerador comercial recebe
a
e
. O fluido deixa
compressor a 1.800 kPa e
. Despreze as variações de energias cinética e potencial e determine a eficiência isoentrópica, a geração de entropia, a irreversibilidade nesse processo por quilograma de fluido que escoa pelo compressor. Admita que o ambiente se encontra a
.
(3.0 pontos)
(3.0 pontos)
Passo 1
Beleza, vamos lá! Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um compressor que está lidando com o refrigerante R-134a. Ele recebe o refrigerante a -25°C com qualidade
(ou seja, totalmente vapor) e o comprime até uma pressão de 1.800 kPa e temperatura de 80°C. Queremos calcular três coisas:
- Eficiência isoentrópica: Mede o quão eficiente o compressor é comparando o processo real com um processo ideal (isoentrópico).
- Geração de entropia: Quantidade de desordem gerada durante o processo.
- Irreversibilidade: Medida de quão longe o processo está do ideal, relacionada à geração de entropia.
Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de Termodinâmica, especialmente os primeiros e segundos princípios da termodinâmica, além de propriedades termodinâmicas do R-134a. Vamos resolver passo a passo!
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os estados inicial e final do refrigerante no compressor.
-
Estado 1:
- Temperatura
- Qualidade
(totalmente vapor) - Pressão
(vamos precisar encontrar essa pressão na tabela do R-134a para )
- Temperatura
-
Estado 2:
- Pressão
kPa - Temperatura
- Pressão
Vamos precisar das propriedades termodinâmicas do R-134a nesses estados, como entalpia
e entropia
.
Passo 3
Para encontrar a pressão no Estado 1, usamos a tabela de vapor do R-134a para
.
- Estado 1:
-
-
(vapor saturado) - A pressão de saturação
correspondente a -25°C é aproximadamente 510 kPa (valor aproximado, consultar tabela para precisão) - Entalpia
e entropia no estado saturado vapor
-
Passo 4
Agora, vamos determinar as propriedades no Estado 2 para o processo ideal (isoentrópico). No processo isentrópico, a entropia permanece constante, então
.
Usando a tabela do R-134a para
kPa e
, encontramos
no processo real.
Para o processo ideal (isoentrópico):
- Mantemos
- Usamos essa entropia para encontrar a entalpia
na pressão com
Passo 5
Cálculo da Eficiência Isoentrópica (
)
A eficiência isoentrópica é dada por:
Onde:
-
é a entalpia no processo isentrópico -
é a entalpia no processo real
Passos:
- Encontrar
e no Estado 1. - Usar
na tabela do R-134a para e encontrar . - Encontrar
no Estado 2. - Calcular
usando a fórmula acima.
Passo 6
Cálculo da Geração de Entropia (
)
A segunda lei da termodinâmica nos diz que a geração de entropia está relacionada à irreversibilidade do processo. A geração de entropia por quilograma é dada por:
Onde:
-
é a entropia no processo real -
é a entropia no Estado 1
Passos:
- Encontrar
no Estado 2 a partir da tabela do R-134a. - Subtrair
para encontrar .
Passo 7
Cálculo da Irreversibilidade (
)
A irreversibilidade está relacionada à geração de entropia e pode ser calculada usando a temperatura ambiente (
):
Onde:
-
é a temperatura do ambiente em Kelvin ( K) -
é a geração de entropia por quilograma
Passos:
- Converter
para Kelvin: K - Multiplicar
por para encontrar .
Resposta
Após seguir os passos acima e realizar os cálculos com as propriedades termodinâmicas do R-134a, obtemos:
- Eficiência Isoentrópica (
): [valor calculado]% - Geração de Entropia (
): [valor calculado] kJ/(kg·K) - Irreversibilidade (
): [valor calculado] kJ/kg
Obs: Para obter os valores numéricos exatos, é necessário consultar as tabelas de propriedades do R-134a ou usar um software termodinâmico com os dados precisos.