Enunciado

A tabela a seguir fornece os dados de operação de um ciclo de refrigeração por compressão de vapor em regime permanente, com Refrigerante 134a como fluido de trabalho. Os estados estão numerados conforme a Fig. 10.3. A capacidade de refrigeração é de 4,6 TR. Ignorando os efeitos de transferência de calor entre o compressor e sua vizinhança, esboce o diagrama T–s para o ciclo e determine

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

(b) a eficiência isentrópica do compressor.

(c) o coeficiente de desempenho.

(d) as taxas de destruição de exergia no compressor e na válvula de expansão, ambas em kW.

(e) as variações líquidas da taxa de exergia de fluxo para o refrigerante que escoa, pelo evaporador e pelo condensador, respectivamente, ambas em kW. Admita T0 = 21°C, p0 = 1 bar.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

O diagrama T - s do ciclo de refrigeração de compressão de vapor é mostrado

Passo 3

As propriedades no estado 1 são

h 1 = 243,40   k J / k g

s 1 = 0,9606   k J / k g ⋅ K

A uma pressão de p 2 = 7   b a r e s 2 , s = s 1 = 0,9606   k J / k g ⋅ K . Das tabelas de vapor superaquecido por interpolação

h 2 , s = 275,93 + 286,35 - 275,93 0,9606 - 0,9539 0,9867 - 0,9539 = 278,058   k J / k g

Passo 4

a) a capacidade de refrigeração

Q ˙ e n t = m ˙ h 1 - h 4 → m ˙ = Q ˙ e n t h 1 - h 4 = 4,6   t o n ⋅ 211   k J / m i n / t o n 243,40 - 82,90 k J / k g

∴ m ˙ = 6,04   k g / m i n

Passo 5

b) a eficiência do compressor isentrópico

η C = h 2 , s - h 1 h 2 - h 1 = 278,058 - 243,40 295,13 - 243,40

∴ η c o m p = 0,67

Passo 6

c) calculando o coeficiente de performance do sistema

β = h 1 - h 4 h 2 - h 1 = 243,40 - 82,90 295,128 - 243,40

∴ β = 3,1027

Passo 7

d) calculando a taxa de destruição de exergia no compressor

E ˙ d c o m p r e s s o r = m ˙ T 0 s 2 - s 1 = 6,04 / 60 21 + 273 K 1,0134 - 0,9606

∴ E ˙ d c o m p r e s s o r = 1,563   k W

calculando a taxa de destruição de exergia na válvula

E ˙ d v a l v u l a = m ˙ T 0 s 4 - s 3 = 6,04 / 60 294 K 0,3301 - 0,3113

∴ E ˙ d v a l v u l a = 0,5564   k W

Passo 8

e) o fluxo de exergia específica no evaporador

e f 1 - e f 4 = h 1 - h 4 - T 0 s 1 - s 4 = 243,40 - 82,90 - 294 0,9606 - 0,3301

∴ e f 1 - e f 4 = - 24,867   k J / k g

o fluxo de exergia específica no condensador

e f 3 - e f 2 = h 3 - h 2 - T 0 s 3 - s 2 = 82,90 - 295,129 - 294 0,3113 - 1,0134

∴ e f 3 - e f 2 = - 5,8106   k J / k g

Resposta

a) m ˙ = 6,04   k g / m i n

b) η c o m p = 0,67

c) β = 3,1027

d) E ˙ d c o m p r e s s o r = 1,563   k W e E ˙ d v a l v u l a = 0,5564   k W

e) e f 1 - e f 4 = - 24,867   k J / k g e e f 3 - e f 2 = - 5,8106   k J / k g

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