Enunciado

Repita os cálculos do Problema 10.37, considerando Refrigerante 22 como fluido de trabalho. Compare os resultados com os do Problema 10.37 e discuta.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

Desenhando o diagrama T - s

Passo 3

  • A taxa de transferência de calor do escritório: Q ˙ s a i = 20   k W
  • Queda de temperatura no evaporador: Δ T e v a p = 10 ° C

Δ T e v a p = T - T 1 = 10 ° C → T 1 = 0 ° C - Δ T e v a p = - 10 ° C

Passo 4

Da tabela de “Propriedades do Refrigerante 22 Saturado: Tabela de Temperatura” a T 1 = - 10 ° C e vapor saturado

h 1 = h g = - 10 ° C

s 1 = s g = 0,9424   k J / k g ⋅ K

Passo 5

Vamos assumir que a pressão de operação do condensador P c o n d = 12   b a r correspondente a temperatura do condensador T s a t = 30,25 ° C

A entropia permanece constante entre os processos 1 e 2s

s 1 = s 2 = 0,9424   k J / k g ⋅ K

Agora, da tabela “Propriedades de Refrigerante 22 Superaquecido: Tabela de Temperatura” e p c o n d = 12   b a r e s 1 = s 2 = 0,9424   k J / k g ⋅ K

Conseguimos achar a entalpia no estado 2 usando a interpolação

h 2 s = 276,14 + 0,9424 - 0,9413 284,43 - 276,44 0,9666 - 0,9413 = 276,487   k J / k g

Mas o compressor opera adiabaticamente com eficiência isentrópica de 82 % . Então, a entalpia atual no estado 2 é determinada da relação

η C = h 1 - h 2 s h 1 - h 2 → 0,82 = 246,15 - 276,487 246,15 - h 2

∴ h 2 = 283,14   k J / k g

Passo 6

O refrigerante deixando o condensador como líquido saturado, então a entalpia no estado 3 é determinada da tabela “Propriedades de Refrigerante 134a Superaquecido: Tabela de Temperatura” a p c o n d = 12   b a r e líquido saturado h 3 = h f = 81,90   k J / k g

h 3 = h f = 81,90   k J / k g

O processo 3-4 é estrangulado, então h 4 = h 3

Passo 7

a) a taxa de vazão mássica do refrigerante é determinada aplicando o palanço de energia para o processo 2 a 3

Q ˙ s a i = m ˙ h 2 - h 3 → 20 = m ˙ 283,14 - 81,90

∴ m ˙ = 0,09938   k g / s

Passo 8

b) calculando a potência de entrada do compressor

W ˙ C = m ˙ h 2 - h 1 = 0,09938 283,14 - 246,15

∴ W ˙ C = 3,676   k W

Passo 9

c) calculando o coeficiente de performance do ciclo

γ = q ˙ s a i W ˙ s a i = 20 3,676

∴ γ = 5,44

Passo 10

calculando o coeficiente de performance da bomba de calor de Carnot

γ C a r n o t = T H T H - T C = 21 + 273 21 + 273 - 0 + 273

∴ γ C a r n o t = 14

Então, o coeficiente de performance do ciclo de Carnot é maior que o ciclo de Carnot do ciclo original.

Resposta

a) m ˙ = 0,09938   k g / s

b) W ˙ C = 3,676   k W

c) γ = 5,44 e γ C a r n o t = 14

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