Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 3
11.3 Um ciclo de refrigeração de Carnot operando em regime permanente utiliza o refrigerante 134a como fluido de trabalho. O refrigerante muda de vapor saturado para líquido saturado a 40°C no condensador enquanto rejeita calor. A pressão do evaporador é de 100 kPa. Mostre o ciclo em um diagrama T.s com as linhas de saturação e determine (a) o coeficiente de performance, (b) a quantidade de calor absorvido do espaço de refrigerado e (c) a entrada de trabalho líquido.
Passo 1
Bom, gente, vamos começar pelo diagrama T-s de um ciclo de Carnot. Ele é composto de duas linhas horizontais relativas aos processos isotérmicos de troca de calor e duas linhas verticais relativas aos processos isentrópicos. A linha horizontal de cima é a linha relativa à rejeição de calor através do condensador. O enunciado diz que essa troca de calor ocorre a .
A linha horizontal que fica embaixo é a linha de absorção de calor através do evaporador. Nessa troca de calor, o fluido refrigerante evapora. Logo, a temperatura dessa linha horizontal é a temperatura de saturação do refrigerante 134a na pressão em que ele se encontra (a pressão vale 100 kPa segundo o enunciado).
Passo 2
(a) Para calcular o coeficiente de performance do refrigerador de Carnot, usamos a fórmula abaixo.
No enunciado ele diz que vapor saturado muda para líquido saturado a 40°C, então:
Cuidado! Não podemos usar a temperatura em °C na fórmula de ! Temos que passar pra Kelvin! Passando pra Kelvin...
Pra achar a temperatura da troca de calor no evaporador, vamos usar os dados da Tabela A-11 e ver a temperatura de saturação. Sabemos que a pressão de saturação (pressão no evaporador) é 100 kPa, então precisamos olhar na tabela a que temperatura essa pressão corresponde.
Aff.. só tem para 92,76 kPa ou 101,73 kPa... Uma das maneiras mais simples e aceitável de resolvermos esse problema é interpolando....... (eu que lute)
Passando pra Kelvin:
Portanto:
Passo 3
(b) Para calcular a quantidade de calor pedida vamos usar:
Com os dados da Tabela A-11 ainda, podemos pegar as entalpias do líquido saturado e do vapor saturado do refrigerante a 40°C para calcular pela fórmula abaixo.
Como estado 3 é de vapor saturado:
Como o estado 4 é de líquido saturado:
Substituindo os valores na fórmula de :
Substituindo os valores na equação lá de cima de :
Passo 4
(c) a entrada de trabalho líquido é a diferença entre o calor rejeitado no condensador e o calor absorvido no evaporador :