Faça um diagrama esquemático de um ciclo padrão de compressão a vapor operando com o R-22, para uma temperatura de evaporação de -5^circ C e de condensação de 30^circ C e calcule:
O efeito de refrigeração;

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado pede para a gente fazer um diagrama esquemático de um ciclo padrão de compressão a vapor usando o refrigerante R-22, com uma temperatura de evaporação de -5^circ C e de condensação de 30^circ C. Além disso, precisamos calcular o efeito de refrigeração. Para resolver isso, vamos precisar entender o ciclo de compressão a vapor, saber utilizar as tabelas do R-22 para encontrar propriedades termodinâmicas e aplicar algumas fórmulas básicas de termodinâmica.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é o ciclo de compressão a vapor. Esse ciclo é amplamente usado em sistemas de refrigeração e ar condicionado. Ele tem quatro etapas principais: compressão, condensação, expansão e evaporação. Cada uma dessas etapas ocorre em um componente específico do sistema: compressor, condensador, válvula de expansão e evaporador.

Passo 3

Vamos começar desenhando mentalmente o diagrama do ciclo:
  1. Compressor: Aqui, o refrigerante (R-22) é comprimido, aumentando sua pressão e temperatura.
  2. Condensador: O refrigerante quente e sob alta pressão libera calor para o ambiente e se condensa, mudando de gás para líquido.
  3. Válvula de expansão: O refrigerante líquido passa por essa válvula, onde sua pressão diminui drasticamente, tornando-se uma mistura de líquido e gás frio.
  4. Evaporador: O refrigerante absorve calor do ambiente (ou do espaço a ser refrigerado) e evapora, voltando ao estado gasoso e baixando a pressão, completando o ciclo.

Passo 4

Agora, vamos calcular o efeito de refrigeração, que é a quantidade de calor removida do ambiente pelo refrigerante no evaporador. A fórmula básica para o efeito de refrigeração ( Qe) é:
Qe = h1 - h4
Onde:
  • h1 é a entalpia do refrigerante na saída do evaporador (após a evaporação).
  • h4 é a entalpia do refrigerante antes da válvula de expansão.

Passo 5

Para encontrar os valores de h1 e h4, precisamos consultar as tabelas termodinâmicas do R-22 para as temperaturas dadas:
  • Temperatura de evaporação ( -5^circ C): Precisamos encontrar a entalpia do vapor saturado nessa temperatura ( h1).
  • Temperatura de condensação ( 30^circ C): Aqui, buscamos a entalpia do líquido saturado antes da expansão ( h4).

Passo 6

Consultando as tabelas do R-22:
  • Para -5^circ C (evaporação), a entalpia do vapor saturado ( h1) é aproximadamente 250 kJ/kg.
  • Para 30^circ C (condensação), a entalpia do líquido saturado ( h4) é aproximadamente 100 kJ/kg.
(Observação: Os valores exatos podem variar ligeiramente dependendo da tabela específica utilizada.)

Passo 7

Agora, aplicando a fórmula do efeito de refrigeração:
Qe = h1 - h4 = 250 , kJ/kg - 100 , kJ/kg = 150 , kJ/kg
Isso significa que, para cada quilograma de R-22 que circula pelo sistema, 150 kJ de calor são removidos do ambiente no evaporador.

Resposta

O efeito de refrigeração calculado é de 150 kJ/kg.

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