Enunciado

Em um ciclo de refrigeração por compressão de vapor, a amônia sai do evaporador como vapor saturado a –22°C. O refrigerante entra no condensador a 16 bar e 160°C, e sai como líquido saturado a 16 bar. Não há uma transferência de calor significativa entre o compressor e sua vizinhança, e o refrigerante atravessa o evaporador com uma variação de pressão desprezível. Se a capacidade frigorífica é de 150 kW, determine

(a) a vazão mássica do refrigerante, em kg/s.

(b) a potência de acionamento do compressor, em kW.

(c) o coeficiente de desempenho.

(d) a eficiência isentrópica do compressor.

(e) a taxa de produção de entropia do compressor, em kW/K.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

É dado que:

  • Temperatura de saída do evaporador: T 1 = - 22 ° C
  • Pressão de entrada do condensador: p 2 = 16   b a r
  • Temperatura de entrada do condensador: T 2 = 160 ° C
  • Capacidade do refrigerador: Q ˙ e n t = 150   k W

O diagrama T - s é mostrado abaixo

Passo 3

Achando algumas propriedades para dadas temperaturas, das tabelas de amônia saturada

  • Para T 1 = - 22 ° C
  • h 1 = 1415,08   k J / k g

    s 1 = 5,6457   k J / k g ⋅ K

  • Para T 2 = 160 ° C e p 2 = 16   b a r
  • h 2 = 1798,45   k J / k g

    s 2 = 5,7475   k J / k g ⋅ K

  • Para p 3 = 16   b a r

h 3 = h f = 376,46   k J / k g

h 3 = h 4

Passo 4

a) sabemos que a capacidade de refrigeração é

Q ˙ e n t = m ˙ h 1 - h 4 → m ˙ = Q ˙ e n t h 1 - h 4 = 150 1415,08 - 376,46

∴ m ˙ = 0,1444   k g / s

Passo 5

b) a potência de entrada do compressor é

W ˙ C = m ˙ h 2 - h 1 = 0,1444 1798,45 - 1415,08

∴ W ˙ C = 55,358   k W

Passo 6

c) o coeficiente de performance é

β = Q ˙ e n t W ˙ C = 150 55,36

∴ β = 2,709

Passo 7

d) Em p 2 s = 16   b a r s 2 s = s 1 = 5,6457   k J / k g ⋅ K das tabelas de amônia superaquecida por interpolação

h 2 s = 1747,72 + 1798,45 - 1747,72 5,6457 - 5,6276 5,7475 - 5,6276 = 1755,378   k J / k g

A eficiência do compressor isentrópico

η C = h 2 s - h 1 h 2 - h 1 = 1755,378 - 1415,08 1798,45 - 1415,08 = 0,8876

∴ η C = 88,8 %

Resposta

a) m ˙ = 0,1444   k g / s

b) W ˙ C = 55,358   k W

c) ∴ β = 2,709

d) η C = 88,8 %

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