Enunciado

Em um ciclo de refrigeração, usando R-12 como fluido de trabalho, a vazão de refrigerante é 0,05   k g / s . Vapor de R-12 entra no compressor a 150   k P a e - 10   ° C e sai a 1,2   M P a e 75   ° C . A potência elétrica medida no compressor não adiabático é de 2,4   k W . O refrigerante entra na válvula de expansão a 1,15   M P a e 40   ° C e sai do evaporador a 175   k P a e - 15   ° C . Determine a geração de entropia no processo de compressão, a capacidade de refrigeração e o coeficiente de performance para esse ciclo.

Passo 1

Fala, galera! Vamos resolver essa questão.

Vamos começar dando uma olhadinha no diagrama do ciclo para analisar a questão:

Analisando os estados do diagrama e consultando a tabela B.3, temos:

Estado 1:

T 1 = - 10   ° C

P 1 = 150   k P a

h 1 = 184,619   k J / k g

s 1 = 0,7318   k J / k g K

Estado 2:

T 2 = 75   ° C

P 2 = 1,2   M P a

h 2 = 226,543   k J / k g

s 2 = 0,7404   k J / k g K

Estado 3:

T 3 = 40   ° C

P 3 = 1,15   M P a

Estado 5:

T 5 = - 15   ° C

P 5 = 1,75   k P a

h 5 = 181,024   k J / k g

Agora vamos às equações!

Passo 2

Na parte do compressor, vamos obter o trabalho específico:

w c = W ˙ c m ˙

w c = 2,4 0,05  

w c = 4 8,0   k J / k g

Agora vamos obter o valor da transferência de calor do compressor:

w c + h 1 + q c = h 2

q c = h 2 - w c - h 1

q c = 226,5 - 48,0 - 184,6

q c = - 6,1   k J / k g

Com esse valor podemos calcular a taxa de geração de entropia pela equação:

s 1 + ∫ d q T + s g e n = s 2

s g e n = s 2 - s 1 - ∫ d q T

s g e n = s 2 - s 1 - q T 0

s g e n = 0,7404 - 0,7318 + 6,1 298,15

s g e n = 0,029   k J / k g K

Feito isso, agora vamos calcular a taxa de transferência de calor no evaporador com a equação:

q L = h 5 - h 4

q L = 181,024 - 74,527

q L = 106,5   k J / k g

Com isso utilizaremos a equação de taxa de transferência de calor para determinar a capacidade de refrigeração:

Q ˙ L = m ˙ q L

Q ˙ L = 0,05 ∙ 106,5

Q ˙ L = 5,325   k W

E finalmente, podemos determinar o coeficiente de desempenho do ciclo:

β = q L w c

β = 106,5 48,0

β = 2,219

Prontinho! Até a próxima, galera!

Resposta

s g e n = 0,029   k J / k g K

Q ˙ L = 5,325   k W

β = 2,219

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