Um sistema de refrigeração a gás que usa o ar como fluido de trabalho tem uma razão de pressão igual a 5 . O ar entra no compressor a 0   ° C . O ar a alta pressão é resfriado até 35   ° C pela rejeição do calor para a vizinhança. O refrigerante sai da turbina a - 80   ° C e entra no espaço refrigerado, no qual absorve calor antes de entrar no regenerador. A vazão mássica do ar é de 0,4   k g / s . Considerando eficiências isentrópicas de 80 % para o compressor e de 85 % para a turbina e utilizando calores específicos variáveis, determine (a) a eficácia do regenerador, (b) a taxa de remoção de calor do espaço refrigerado e (c) o COP do ciclo. Determine também (d) a carga de refrigeração e o COP caso o sistema operasse em um ciclo de refrigeração a gás simples. Considere a mesma temperatura de entrada do compressor, a mesma temperatura de entrada da turbina e as mesmas eficiências do compressor e da turbina.

Passo 1

Vamos lá!! É considerado um ciclo regenerativo de refrigeração de gás utilizando o ar como fluido de trabalho. A eficácia do regenerador, a taxa de remoção de calor do espaço refrigerado, o COP do ciclo, a carga de refrigeração e o COP se este sistema operar no ciclo simples de refrigeração a gás devem ser determinados.

Passo 2

(a)Para este problema, usamos as propriedades do ar da EES. Note que para uma entalpia de gás ideal é uma função da temperatura apenas enquanto que a entropia é função tanto da temperatura como da pressão.

Para a entrada e saída da turbina, temos

Passo 3

Podemos determinar a temperatura na entrada da turbina a partir da EES usando as relações acima. Uma solução manual exigiria uma abordagem experimental-errorista.

Um balanço energético no regenerador dá,

A eficácia do regenerador é determinada a partir

Passo 4

(b) A carga frigorífica é

c) As potências da turbina e do compressor e o COP do ciclo são

(d) A análise simples do ciclo de refrigeração de gás é a seguinte:

Resposta

a ) ε r e g e n = 0.430

b ) Q L = 21.36   k W

c ) C O P = 0.479

d ) Q L = 24.70   k W

C O P = 0.599

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