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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 64

Um sistema de refrigeração em cascata de dois estágios deve proporcionar resfriamento a 40 ° C enquanto opera no condensador a alta temperatura, que está a 1,6   M P a . Cada estágio opera no ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal. A parte superior do sistema de refrigeração por compressão de vapor (SRCV) utiliza água como fluido de trabalho e opera seu evaporador a 5 ° C . O ciclo inferior utiliza refrigerante-134a como fluido de trabalho e opera seu condensador a 400   k P a . Esse sistema produz um efeito de resfriamento de 20   k J / s . Determine a vazão mássica de refrigerante-134a e de água nos seus respectivos ciclos, bem como o COP geral desse sistema em cascata.

Passo 1

Fala aí! Vamos lá resolver essa questão? Partiu!

Precisamos começar visitando a tabela A-4, A-5, A-6, A-11, A-12 e A-13 para completar nossos dados:

Com T 1 = 5 ° C e a saturação de vapor, podemos pegar o:

h 1 = h g @ 5 ° C = 2510,1   k J / k g

s 1 = s g @ 5 ° C = 9,0249   k J / k g   .   K

Com P 2 = 1,6   M P a e com s 1 = s 2 , podemos pegar o:

h 2 = 5083,4   k J / k g

E com P 3 = 1,6   M P a e a saturação de líquidos, podemos pegar o:

h 3 = h f @ 1,6   M P a = 858,44   k J / k g

h 4 ≃ h 3

Com T 5 = - 40 ° C e saturação de vapor, podemos pegar o:

h 5 = h g @ - 40 ° C = 225,86   k J / k g

s 5 = s g @ - 40 ° C = 0,96866   k J / k g   .   K

Com P 6 = 400   k P a e com s 6 = s 5 , podemos pegar o:

h 6 = 267,59   k J / k g

E com P 7 = 400   k P a e a saturação de líquidos, podemos pegar o:

h 7 = h f @ 400 k P a = 63,94   k J / k g

h 8 ≃ h 7

Beleza! Vamos continuar!

Passo 2

Agora sim! Podemos então a taxa de fluxo do refrigerador-134a, beleza?

Q L = m R   .   ( h 5 - h 8 )

  m R = Q L ( h 5 - h 8 )

  m R = 20 ( 225,86 - 63,94 )

  m R = 0,1235   k g / s

Agora, temos que observar que há um equilíbrio energético no trocador de calor, e temos que calcular o fluxo de massa de água:

m R   .   ( h 6 - h 7 ) = m w   .   ( h 1 - h 4 )

  m w = m R   .   h 6 - h 7 h 1 - h 4

  m w = 0,1235   .   267,59 - 63,94 2510,1 - 858,44

  m w = 0,01523   k g / s

Passo 3

Última parte agora! Nossa saideira!

O enunciado pede o COP, vamos então:

C O P = Q L W i n

Opa! tá faltando a potência ali, hein? Vamos achar ela antes!

W i n = m R   .   ( h 6 - h 5 ) + m w   .   ( h 2 - h 1 )

W i n = 0,1235   .   ( 267,59 - 225,86 ) + 0,01523   .   ( 5083,4 - 2510,1 )

W i n = 44,35   k J / s

Aeee! Agora sim podemos encontrar o que o exercício quer:

C O P = 20 44,35

C O P = 0,451

Uhull! Conseguimos!!

Resposta

  m R = 0,1235   k g / s   m w = 0,01523   k g / s C O P = 0,451

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