Enunciado

Um ciclo de refrigeração de Carnot que opera em regime permanente utiliza o Refrigerante 22 como fluido de trabalho. O refrigerante entra no condensador como vapor saturado a 32ºC e sai como líquido saturado. O evaporador opera a 0°C. Qual é o coeficiente de desempenho desse ciclo?

Determine, em kJ por kg de refrigerante,

(a) a potência de acionamento do compressor.

(b) o trabalho desenvolvido pela turbina.

(c) o calor transferido ao refrigerante que escoa pelo evaporador.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

Desenhando o diagrama T - s para o ciclo de refrigeração de Carnot

Passo 3

Obtendo as propriedades para o Refrigerante-22 das tabelas para 32 ° C

h 2 = h g = 259,32   k J / k g

s 2 = s g = 0,8842   k J / k g ⋅ K

Passo 4

Considerando o processo 1-2 é uma compressão isentrópica

s 1 = s 2

Obtendo as propriedades das tabelas de R-22 saturado para T 1 = 0 ° C

s f = 0,1773   k J / k g ⋅ K

s g = 0,9271   k J / k g ⋅ K

h f = 45,12   k J / k g

h f g = 204,81   k J / k g

Já que s 1 = s 2

s 2 = s f + x 1 s g - s f

Resolvendo para o título x 1

x 1 = s 2 - s f s g - s f = 0,8842 - 0,1773 0,9271 - 0,1773

∴ x 1 = 0,9428

Calculando a entalpia no estado 1

h 1 = h f + x 1 h f g = 45,12 + 0,9428 ⋅ 204,81

∴ h 1 = 238,21   k J / k g

Passo 5

Obtendo as propriedades para T 3 = 32 ° C das tabelas saturadas

h 3 = h f = 84,14   k J / k g

s 3 = s f = 0,3101   k J / k g ⋅ K

Já que o processo 3-2 é isentrópico

s 3 = s 4 = s f + x 4 s f g

Resolvendo para o título x 4

x 4 = s 3 - s f s f g = 0,3101 - 0,1773 0,9271 - 0,1773

∴ x 4 = 0,1771

Calculando a entalpia no estado 4

h 4 = h f + x 4 h f g = 45,12 + 0,1771 ⋅ 204,81

∴ h 4 = 81,39   k J / k g

Passo 6

Calculando o coeficiente de performance do ciclo

β = T C T H - T C = 273 305 - 273

∴ β = 8,53

Calculando o trabalho de entrada para o compressor

W C = h 2 - h 1 = 259,32 - 238,21

∴ W C = 21,11   k J / k g

Passo 7

Calculando o trabalho desenvolvido pela turbina

W T = h 3 - h 4 = 84,14 - 81,39

∴ W T = 2,75   k J / k g

Passo 8

c) Calculando a transferência de calor para o refrigerante passando pelo evaporador

Q e n t = h 1 - h 4 = 238,21 - 81,39

∴ Q e n t = 156,82   k J / k g

Resposta

a) W C = 21,11   k J / k g

b) W T = 2,75   k J / k g

c) Q e n t = 156,82   k J / k g

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