Responde Aí
Acesse com GoogleAcesse com AppleAcesse com Facebook

Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 35

35. Um refrigerador opera no ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal que utiliza refrigerante-134a como fluido de trabalho. O refrigerante evapora a -10 °C e condensa-se a 57,9 °C, além de absorver calor de um espaço a 5 °C e rejeitá-lo para o ar ambiente a 25 °C. Determine (a) a carga de resfriamento, em kJ/kg, e o COP; (b) a destruição de exergia em cada um dos componentes do ciclo e a destruição total da exergia no ciclo, e (c) a eficiência de segunda lei do compressor, do evaporador e do ciclo.

Passo 1

Letra (a)

Para determinar determinar a carga de resfriamento basta fazermos um balanço de energia no evaporador e chegarmos na seguinte equação:

Q ˙ f r i o = m ˙ ∆ h

Q ˙ f r i o = m ˙ ( h 1 - h 4 )

Q ˙ f r i o m ˙ = t a x a   d e   r e f r i g e r a ç ã o = 244,51 - 135,93 = 108,6 k J k g

Em que h 1   e     h 4 podem ser obtidos utilizando as propriedades informadas do fluido refrigerante na tabela A-11 até A-13.

O COP é dada por:

C O P = Q ˙ f r i o W ˙ e n t r a

C O P = 108,6 k J k g W ˙ e n t r a

Porém, não temos qual é o trabalho que entra no compressor. Sendo assim, devemos fazer um balanço de energia no mesmo e utilizarmos as informações dadas para chegar ao seu valor:

W ˙ e n t r a = m ˙ h 2 - h 1

W ˙ e n t r a m ˙ = W e n t r a = 287,85 - 244,51 = 43,33 k J k g

Agora sim podemos calcular qual é o COP:

C O P = 108,6 k J k g 43,33 k J k g = 2,506

Passo 2

Letra (b)

A destruição da exergia em cada componente do ciclo é determinada da seguinte forma:

- Compressor

s 1 - 2 = s 2 - s 1 = 0

E ˙ x d e s t ,   1 - 2 = m ˙ T 0 s 1 - 2 = 0

- Condensador

s 2 - 3 = s 3 - s 2 + q q u e n t e T q u e n t e = 0,4791 - 0,9377 + 151,9 k j k g 298 K = 0,05124 k J k g . K

E ˙ x d e s t ,   2 - 3 = T 0 s 2 - 3 = 298 K 0,05124 k J k g . K = 15,27 k J k g

-valvula de expansão

s 3 - 4 = s 4 - s 3 = 0,04595 k J k g . K

E ˙ x d e s t ,   3 - 4 = T 0 s 3 - 4 = 298 K 0,04595 k J k g . K = 13,69 k J k g

- Evaporador

s 4 - 1 = s 1 - s 4 - q f r i o T f r i o = 0,9377 - 0,5251 - 108,6 k J k g 278 K = 0,02201 k J k g . K

E ˙ x d e s t , 4 - 1 = T 0 s 4 - 1 = 298 K 0,02201 k J k g . K = 6,56 k J k g

A destruição total de exergia pode ser determinada adicionando destruições de exergia em cada componente:

E ˙ x d e s t , t o t a l = 0 + 15,27 + 13,69 + 6,56 = 35,52 k J k g

Passo 3

Letra (c)

A exergia do calor transferido do meio de baixa temperatura é:

E x q f r i o = - q f r i o 1 - T 0 T f r i a = - 108,6 1 - 298 278 = 7,812 k J k g

A efiecia de segunda lei do ciclo é obtida por:

η I I = E x q f r i o W e n t r a = 0,1803 = 18 %

A destruição total de energia foi calculada no item anterior e é igual a:

E ˙ x d e s t , t o t a l = 35,52 k J k g

A eficiência da segunda lei do compressor é determinada a partir de:

η I I = X ˙ r e c u p e r a d a X ˙ g a s t a = W ˙ r e v W ˙ a c t , e n t r a = m ˙ h 2 - h 1 - T 0 s 2 - s 1 m ˙ h 2 - h 1

Como no compressor está havendo uma compressão isentrópica, ou seja, a entropia no estado 1 e 2 são iguais, temos que a eficiência de segunda lei no compressor será igual a:

η I I , c o m p r e s s o r = 1 = 100 %

A eficiência da segunda lei do evaporador é determinada a partir de:

η I I = X ˙ r e c u p e r a d a X ˙ g a s t a = Q ˙ f r i o T 0 - T L T L m ˙ h 4 - h 1 - T 0 s 4 - s 1 = 1 - E ˙ x d e s t , 4 - 1 X 4 - X 1

Onde:

X 4 - X 1 = h 4 - h 1 - T 0 s 4 - s 1

= 135,93 - 244,51 - 298 - 0,5251 - 0,9377

= 14,37 k J k g

Subistituindo na equação chegamos em:

η I I , e v a p o r a d o r = 1 - 6,56 14,37 = 0,544 = 54,4 %

Resposta

  1. t a x a   d e   r e f r i g e r a ç ã o = 108,6 k J k g e C O P = 2,506
  2. E ˙ x d e s t ,   1 - 2 = 0 e E ˙ x d e s t ,   2 - 3 = 15,27 k J k g e E ˙ x d e s t ,   3 - 4 = 13,69 k J k g e   E ˙ x d e s t , 4 - 1 = 6,56 k J k g
  3. η I I = 18 % e η I I , c o m p r e s s o r = 1 e η I I , e v a p o r a d o r = 54,4 %
Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

11 – 17 O r e f r i g e r a n t e - 134 a entra no compressor de um refrigerador como vapor superaquecido a 0,2M P a e - 5° C a uma taxa de 0,07k g / s , saindo a 1,2M P a e 70° C . O refrigerante é r
11 – 27 C De que modo a eficiência exergética de um refrigerador operando no ciclo de refrigeração por compressão de vapor é definido? Forneça duas definições alternativas e explique cada termo.
11 – 29 C Considere um compressor isentrópico de um ciclo de refrigeração por compressão de vapor. Qual é a eficiência isentrópica e a eficiência exergética desse compressor? Justifique suas respostas
11 – 21 O r e f r i g e r a n t e - 134 a entra no compressor de um refrigerador a 100k P a e 20° C a uma taxa de 0,5m 3 / m i n , saindo a 0,8M P a . A eficiência isentrópica do compressor é 78 % . O
11 – 28 C De que modo a eficiência exergética de uma bomba de calor funcionando no ciclo de refrigeração por compressão de vapor pode ser definida? Forneça duas definições alternativas e mostre que um