O compressor de um refrigerador comercial recebe R-134 a a -25^circ C e x=1. O fluido deixa o compressor a 1.800 kPa e 80^circ C. 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 25^circ C.
(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:
  1. Eficiência isoentrópica: Mede o quão eficiente o compressor é comparando o processo real com um processo ideal (isoentrópico).
  2. Geração de entropia: Quantidade de desordem gerada durante o processo.
  3. 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 )
  • Estado 2:
    • Pressão kPa
    • Temperatura
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 ( etais = h2s - h1h2 - h1 )
A eficiência isoentrópica é dada por:
Onde:
  • é a entalpia no processo isentrópico
  • é a entalpia no processo real
Passos:
  1. Encontrar e no Estado 1.
  2. Usar na tabela do R-134a para e encontrar .
  3. Encontrar no Estado 2.
  4. Calcular usando a fórmula acima.

Passo 6

Cálculo da Geração de Entropia ( De=n = s2 - s1 )
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:
  1. Encontrar no Estado 2 a partir da tabela do R-134a.
  2. Subtrair para encontrar .

Passo 7

Cálculo da Irreversibilidade ( I = T0 De=n )
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:
  1. Converter para Kelvin: K
  2. 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.

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