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Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 1 UNIDADE 3 SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO NÃO IDEAL POR COMPRESSÃO A VAPOR Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR 2 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Afastamento do ciclo real de refrigeração do ciclo ideal atrito queda de pressão no escoamento do fluido transferência de calor de ou para vizinhanças transferência de calor PARA o refrigerante irreversibilidades entropia transferência de calor DO refrigerante entropia 3 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva ALGUMAS CONSIDERAÇÕES i O refrigerante ao sair do evaporador está superaquecido e pelo ganho de calor do ambiente aumenta volume específico necessita maior WC trabalho no compressor ii Entropia no compressor pode aumentar 12 ou diminuir 12 iii A pressão do líquido que deixa o condensador é menor do que a pressão de entrada P4 P3 iv Refrigerante subresfriado na saída do condensador absorve mais calor do espaço refrigerado entalpia menor v Há uma queda de pressão quando o refrigerante escoa pelo evaporador P7 P8 4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva CICLO REAL 5 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR CICLO IDEAL Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva A eficiência isentrópica no compressor de um ciclo real de compressão a vapor pode ser calculada pela expressão 6 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR 1 2 1 2s c h h h h Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Exemplo 1 O refrigerante R134a entra no compressor de um refrigerador como vapor superaquecido a 014MPa e 10ºC a uma taxa de 005kgs e sai a 08MPa e 50ºC O refrigerante é resfriado no condensador até 26ºC e 072MPa e é estrangulado até 015MPa Desprezando as transferências de calor e as quedas de pressão das linhas de conexão entre os componentes determine aA taxa de remoção de calor do espaço refrigerado R QL 793kW bA entrada de potência no compressor R Ẇent 202kW cA eficiência isoentrópica do compressor R ηc 0939 d O coeficiente de performance do refrigerador R COPR 393 7 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P1 014MPa T1 10oC P2 08MPa T2 50oC P3 072MPa T3 26oC h4 h3 estrangulamento h4 8783kJkg h1 24636kJkg h3 hliq sat 26oC 8783kJkg h2 28669kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 7 93kW 8783kJ kg 0 05kg s 24636 h m h Q 4 1 L 2 02kW 24636kJ kg 0 05kg s 28669 h m h W 1 2 ent 3 93 02kW 2 93kW 7 W Q COP e liq L R Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 1 s 2 c h h h h P2s 08MPa s2s s1 09724kJkgK h2s kJkg interpolar Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Interpolar para h2s P2s 08MPa T 40oC e s 09480kJkgK T2s e s2s 09724kJkgK T 50oC e s 09802kJkgK T 40oC e h 27645kJkg T2s 4758oC e h2s T 50oC e h 28669kJkg T2s 4758oC h2s 28421kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 1 s 2 c h h h h 24636 69 286 24636 21 284 c c 0 939 ou 93 9 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Exemplo 2 O refrigerante R134a entra no compressor de um refrigerador como vapor superaquecido a 02MPa e 5ºC a uma taxa de 007kgs saindo a 12MPa e 70ºC O refrigerante é resfriado no condensador a 44ºC e 115MPa e é estrangulado até 021MPa Desprezando as transferências de calor e as quedas de pressão nas linhas de conexão entre os componentes mostre o ciclo em um diagrama Ts com as linhas de saturação e determine aA taxa de remoção de calor do espaço refrigerado R QL 942kW bA entrada de potência no compressor R Ẇent 363kW cA eficiência isentrópica do compressor R ηc 742 d O coeficiente de performance COP do refrigerador R COPR 260 13 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P1 02MPa T1 5oC P2 12MPa T2 70oC P3 115MPa T3 44oC h4 h3 estrangulamento h4 11428kJkg h1 24880kJkg s1 095407kJkgK h3 hliq sat 44oC 11428kJkg h2 30061kJkg interpolar Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 9 42kW 11428kJ kg 0 07kg s 24880 h m h Q 4 1 L 3 63kW 24880kJ kg 0 07kg s 30061 h m h W 1 2 ent 2 60 63kW 3 42kW 9 W Q COP e liq L R Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 1 s 2 c h h h h P2s 12MPa s2s s1 095407kJkgK h2s kJkg interpolar Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Interpolar para h2s P2s 12MPa T 50oC e s 09267kJkgK T2s e s2s 095407kJkgK T 60oC e s 09614kJkgK T 50oC e h 27827kJkg T2s 5789oC e h2s T 60oC e h 28964kJkg T2s 5789oC h2s 28724kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 1 s 2 c h h h h 24880 61 300 24880 24 287 c c 0 742 ou 742 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 19 OBS Valores de referencia para entalpia no diagrama de Mollier acima são diferentes daqueles usados nas tabelas do Çengel valores pontuais divergem Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Exemplo 3 Bananas devem ser resfriadas de 28oC até 12oC a uma taxa de 1140kgh em um refrigerador que opera no ciclo de refrigeração por compressão de vapor A potência fornecida ao refrigerador é de 86kW Considere o calor específico para as bananas de cp 335kJkgoC Determine a taxa de calor absorvido das bananas em kJh e o COP R QL 61100kJh COP 197 20 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 21 3 35kJ kg C 28 12 C 1 140kg h T mc T Q o o 2 1 p L QL 61100kJ h 197 kW 68 61100 3600kW W Q COP e liq L R Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 22 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 23 Lista de Exercícios 2 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 1 Um refrigerador comercial com refrigerante R134a como fluido de trabalho é usado para manter o espaço refrigerado a 30ºC rejeitando o calor dissipado para a água de resfriamento que entra no condensador a 18ºC a uma taxa de 025kgs saindo a 26ºC O refrigerante entra no condensador a 12MPa e 65oC saindo a 42oC O estado de entrada do compressor é 60kPa e 34ºC e o compressor deve ganhar um calor líquido de 450W da vizinhança Determine aO título do refrigerante na entrada do evaporador R x4 04795 bA carga de refrigerção R QL 5404kW cO COP do refrigerador R COP 215 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P1 60kPa T1 34oC Vapor sup Interpolar T 3695oC h 22779kJkg T1 34oC h1 T 20oC h 24076kJkg h1 23003kJkg T 3695oC s 09644kJkgK T1 34oC s1 T 20oC s 10174kJkg s1 0973624kJkgK Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P2 12MPa T2 65oC h2 29516kJkg Vapor sup Interpolar T 60oC h 28964kJkg T2 65oC h2 T 70oC h 30061kJkg P3 12MPa T3 42oC h3 hliq sat 26oC 11123kJkg h4 h3 estrangulamento h4 11123kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P4 60kPa h4 11123kJkg hliq sat 60kPa 3841kJkg e hlv 22395kJkg 0 4795 95 223 3 841 11123 h h h x lv L 4 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para água no condensador líq sat Te 18oC Ts 26oC ṁw 025kgs T 15oC h 62982kJkg Te 18oC hw1 T 20oC h 83915kJkg hw1 7547kJkg T 25oC h 10483kJkg Ts 26oC hw2 T 30oC h 12574kJkg hw2 10894kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Cálculo da vazão do fluido refrigerante h m h h h m w1 w2 w 3 2 R h h h h m m 3 2 w1 2 w w R 11126 29516 7547 0 25 10894 m R mR 0 0455kgs Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 3 2 R H h h m Q in 1 2 R ent Q h h m W 8 37kW 11123kJ kg 0 0455kg s 29516 QH 0 450kW 23003kJ kg 0 0455kg s 29516 Went Went 2 51kW Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 215 51kW 2 41kW 5 W Q COP e liq L R in in H L Q W Q Q 0 450 2 51 8 37 QL QL 5 41kW Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 2 O refrigerante R134a entra no compressor de um refrigerador a 100kPa e 20ºC a uma taxa de 05m3min saindo a 08MPa A eficiência isentrópica do compressor é 78 O refrigerante entra na válvula de expansão a 075MPa e 26oC saindo do evaporador como vapor saturado a 26oC Mostre o ciclo em um diagrama Ts com as linhas de saturação e determine aA entrada de potência no compressor R Ẇent 24kW bA taxa de remoção de calor do espaço refrigerado R QL 617kW cA queda de pressão na linha entre o evaporador e o compressor R ΔP 173kPa Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P1 100kPa T1 20oC Vapor sup h1 23950kJkg s1 09721kJkgK v1 019841m3kg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P2 08MPa s2s s1 09721kJkgK h2s 28411kJkg Vapor sup Interpolar T 40oC s 09480kJkg T2s s2s 09721kJkg T 50oC s 09802kJkg T 40oC h 27645kJkg T2 4748oC h2s T 50oC h 28669kJkg T2s 4748oC Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P3 075MPa T3 26oC h3 hliq sat 26oC 8783kJkg h4 h3 estrangulamento h4 8783kJkg T5 26oC vapor sat P5 010173MPa e h5 23468kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Cálculo da vazão mássica 0 0420kgs 19841kg m 0 m s 60 50 Q m 3 3 1 1 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 1 s 2 c h h h h 1 c 1 s 2 2 h h h h 23950 78 0 23950 28411 h 2 h 2 2966923kJ kg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 ent h m h W 23950kJ kg 0 0420kg s 2966923 Went Went 2 40kW 4 5 L h m h Q 8783kJ kg 0 0420kg s 23468 QL QL 617kW Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução A queda de pressão na linha entre o evaporador e o compressor 173kPa 10173 100 P P P 1 5 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 3 Um refrigerador real opera segundo o ciclo de refrigeração por compressão de vapor utilizando refrigerante R22 como fluido de trabalho O refrigerante evapora a 15ºC e condensase a 40ºC A eficiência isentrópica do compressor é de 83 O refrigerante é superaquecido em 5ºC na entrada do compressor e subresfriado em 5ºC na saída do condensador Determine aO calor removido do espaço refrigerado e o trabalho fornecido em kJkg bem como o COP do ciclo R QL 1593kJkg Ẇent 5151kJkg COP 3093 Defina b Os mesmos parâmetros considerando que o ciclo é operado segundo o ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal entre as mesmas temperaturas de evaporação e condensação R QL 1492kJkg Ẇent 4167kJkg COP 3582 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação real são h1 40249kJkg h2 45400kJkg h3 24319kJkg As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação ideal são h1 39904kJkg h2 44071kJkg h3 24980kJkg Obs estado 1 entrada do compressor estado 2 saída do compressor estado 3 saída do condensador estado 4 entrada do evaporador Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação real são h1 40249kJkg h2 45400kJkg h3 24319kJkg 4 1 L h h q 159 3 kJ kg 24319 40249 qL 3 2 H h h q 210 8 kJ kg 24319 45400 qH Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação real são h1 40249kJkg h2 45400kJkg h3 24319kJkg 1 2 in h h w 5151kJ kg 40249 45400 win in L w COP q 3 093 51 51 159 3 COP Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 4 1 L h h q 1492kJ kg 24980 39904 qL 3 2 H h h q 190 9 kJ kg 24980 44071 qH As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação ideal são h1 39904kJkg h2 44071kJkg h3 24980kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação real são h1 40249kJkg h2 45400kJkg h3 24319kJkg 1 2 in h h w 4167kJ kg 44071 39904 win in L w COP q 3 582 67 41 1492 COP
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Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 1 UNIDADE 3 SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO NÃO IDEAL POR COMPRESSÃO A VAPOR Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR 2 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Afastamento do ciclo real de refrigeração do ciclo ideal atrito queda de pressão no escoamento do fluido transferência de calor de ou para vizinhanças transferência de calor PARA o refrigerante irreversibilidades entropia transferência de calor DO refrigerante entropia 3 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva ALGUMAS CONSIDERAÇÕES i O refrigerante ao sair do evaporador está superaquecido e pelo ganho de calor do ambiente aumenta volume específico necessita maior WC trabalho no compressor ii Entropia no compressor pode aumentar 12 ou diminuir 12 iii A pressão do líquido que deixa o condensador é menor do que a pressão de entrada P4 P3 iv Refrigerante subresfriado na saída do condensador absorve mais calor do espaço refrigerado entalpia menor v Há uma queda de pressão quando o refrigerante escoa pelo evaporador P7 P8 4 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva CICLO REAL 5 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR CICLO IDEAL Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva A eficiência isentrópica no compressor de um ciclo real de compressão a vapor pode ser calculada pela expressão 6 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR 1 2 1 2s c h h h h Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Exemplo 1 O refrigerante R134a entra no compressor de um refrigerador como vapor superaquecido a 014MPa e 10ºC a uma taxa de 005kgs e sai a 08MPa e 50ºC O refrigerante é resfriado no condensador até 26ºC e 072MPa e é estrangulado até 015MPa Desprezando as transferências de calor e as quedas de pressão das linhas de conexão entre os componentes determine aA taxa de remoção de calor do espaço refrigerado R QL 793kW bA entrada de potência no compressor R Ẇent 202kW cA eficiência isoentrópica do compressor R ηc 0939 d O coeficiente de performance do refrigerador R COPR 393 7 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P1 014MPa T1 10oC P2 08MPa T2 50oC P3 072MPa T3 26oC h4 h3 estrangulamento h4 8783kJkg h1 24636kJkg h3 hliq sat 26oC 8783kJkg h2 28669kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 7 93kW 8783kJ kg 0 05kg s 24636 h m h Q 4 1 L 2 02kW 24636kJ kg 0 05kg s 28669 h m h W 1 2 ent 3 93 02kW 2 93kW 7 W Q COP e liq L R Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 1 s 2 c h h h h P2s 08MPa s2s s1 09724kJkgK h2s kJkg interpolar Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Interpolar para h2s P2s 08MPa T 40oC e s 09480kJkgK T2s e s2s 09724kJkgK T 50oC e s 09802kJkgK T 40oC e h 27645kJkg T2s 4758oC e h2s T 50oC e h 28669kJkg T2s 4758oC h2s 28421kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 1 s 2 c h h h h 24636 69 286 24636 21 284 c c 0 939 ou 93 9 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Exemplo 2 O refrigerante R134a entra no compressor de um refrigerador como vapor superaquecido a 02MPa e 5ºC a uma taxa de 007kgs saindo a 12MPa e 70ºC O refrigerante é resfriado no condensador a 44ºC e 115MPa e é estrangulado até 021MPa Desprezando as transferências de calor e as quedas de pressão nas linhas de conexão entre os componentes mostre o ciclo em um diagrama Ts com as linhas de saturação e determine aA taxa de remoção de calor do espaço refrigerado R QL 942kW bA entrada de potência no compressor R Ẇent 363kW cA eficiência isentrópica do compressor R ηc 742 d O coeficiente de performance COP do refrigerador R COPR 260 13 CICLO REAL DE COMPRESSÃO A VAPOR Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P1 02MPa T1 5oC P2 12MPa T2 70oC P3 115MPa T3 44oC h4 h3 estrangulamento h4 11428kJkg h1 24880kJkg s1 095407kJkgK h3 hliq sat 44oC 11428kJkg h2 30061kJkg interpolar Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 9 42kW 11428kJ kg 0 07kg s 24880 h m h Q 4 1 L 3 63kW 24880kJ kg 0 07kg s 30061 h m h W 1 2 ent 2 60 63kW 3 42kW 9 W Q COP e liq L R Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 1 s 2 c h h h h P2s 12MPa s2s s1 095407kJkgK h2s kJkg interpolar Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Interpolar para h2s P2s 12MPa T 50oC e s 09267kJkgK T2s e s2s 095407kJkgK T 60oC e s 09614kJkgK T 50oC e h 27827kJkg T2s 5789oC e h2s T 60oC e h 28964kJkg T2s 5789oC h2s 28724kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 1 s 2 c h h h h 24880 61 300 24880 24 287 c c 0 742 ou 742 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 19 OBS Valores de referencia para entalpia no diagrama de Mollier acima são diferentes daqueles usados nas tabelas do Çengel valores pontuais divergem Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Exemplo 3 Bananas devem ser resfriadas de 28oC até 12oC a uma taxa de 1140kgh em um refrigerador que opera no ciclo de refrigeração por compressão de vapor A potência fornecida ao refrigerador é de 86kW Considere o calor específico para as bananas de cp 335kJkgoC Determine a taxa de calor absorvido das bananas em kJh e o COP R QL 61100kJh COP 197 20 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 21 3 35kJ kg C 28 12 C 1 140kg h T mc T Q o o 2 1 p L QL 61100kJ h 197 kW 68 61100 3600kW W Q COP e liq L R Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 22 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 23 Lista de Exercícios 2 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 1 Um refrigerador comercial com refrigerante R134a como fluido de trabalho é usado para manter o espaço refrigerado a 30ºC rejeitando o calor dissipado para a água de resfriamento que entra no condensador a 18ºC a uma taxa de 025kgs saindo a 26ºC O refrigerante entra no condensador a 12MPa e 65oC saindo a 42oC O estado de entrada do compressor é 60kPa e 34ºC e o compressor deve ganhar um calor líquido de 450W da vizinhança Determine aO título do refrigerante na entrada do evaporador R x4 04795 bA carga de refrigerção R QL 5404kW cO COP do refrigerador R COP 215 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P1 60kPa T1 34oC Vapor sup Interpolar T 3695oC h 22779kJkg T1 34oC h1 T 20oC h 24076kJkg h1 23003kJkg T 3695oC s 09644kJkgK T1 34oC s1 T 20oC s 10174kJkg s1 0973624kJkgK Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P2 12MPa T2 65oC h2 29516kJkg Vapor sup Interpolar T 60oC h 28964kJkg T2 65oC h2 T 70oC h 30061kJkg P3 12MPa T3 42oC h3 hliq sat 26oC 11123kJkg h4 h3 estrangulamento h4 11123kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P4 60kPa h4 11123kJkg hliq sat 60kPa 3841kJkg e hlv 22395kJkg 0 4795 95 223 3 841 11123 h h h x lv L 4 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para água no condensador líq sat Te 18oC Ts 26oC ṁw 025kgs T 15oC h 62982kJkg Te 18oC hw1 T 20oC h 83915kJkg hw1 7547kJkg T 25oC h 10483kJkg Ts 26oC hw2 T 30oC h 12574kJkg hw2 10894kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Cálculo da vazão do fluido refrigerante h m h h h m w1 w2 w 3 2 R h h h h m m 3 2 w1 2 w w R 11126 29516 7547 0 25 10894 m R mR 0 0455kgs Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 3 2 R H h h m Q in 1 2 R ent Q h h m W 8 37kW 11123kJ kg 0 0455kg s 29516 QH 0 450kW 23003kJ kg 0 0455kg s 29516 Went Went 2 51kW Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 215 51kW 2 41kW 5 W Q COP e liq L R in in H L Q W Q Q 0 450 2 51 8 37 QL QL 5 41kW Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 2 O refrigerante R134a entra no compressor de um refrigerador a 100kPa e 20ºC a uma taxa de 05m3min saindo a 08MPa A eficiência isentrópica do compressor é 78 O refrigerante entra na válvula de expansão a 075MPa e 26oC saindo do evaporador como vapor saturado a 26oC Mostre o ciclo em um diagrama Ts com as linhas de saturação e determine aA entrada de potência no compressor R Ẇent 24kW bA taxa de remoção de calor do espaço refrigerado R QL 617kW cA queda de pressão na linha entre o evaporador e o compressor R ΔP 173kPa Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P1 100kPa T1 20oC Vapor sup h1 23950kJkg s1 09721kJkgK v1 019841m3kg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P2 08MPa s2s s1 09721kJkgK h2s 28411kJkg Vapor sup Interpolar T 40oC s 09480kJkg T2s s2s 09721kJkg T 50oC s 09802kJkg T 40oC h 27645kJkg T2 4748oC h2s T 50oC h 28669kJkg T2s 4748oC Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Dados para o R134a P3 075MPa T3 26oC h3 hliq sat 26oC 8783kJkg h4 h3 estrangulamento h4 8783kJkg T5 26oC vapor sat P5 010173MPa e h5 23468kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Cálculo da vazão mássica 0 0420kgs 19841kg m 0 m s 60 50 Q m 3 3 1 1 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 1 s 2 c h h h h 1 c 1 s 2 2 h h h h 23950 78 0 23950 28411 h 2 h 2 2966923kJ kg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução 1 2 ent h m h W 23950kJ kg 0 0420kg s 2966923 Went Went 2 40kW 4 5 L h m h Q 8783kJ kg 0 0420kg s 23468 QL QL 617kW Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Solução A queda de pressão na linha entre o evaporador e o compressor 173kPa 10173 100 P P P 1 5 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 3 Um refrigerador real opera segundo o ciclo de refrigeração por compressão de vapor utilizando refrigerante R22 como fluido de trabalho O refrigerante evapora a 15ºC e condensase a 40ºC A eficiência isentrópica do compressor é de 83 O refrigerante é superaquecido em 5ºC na entrada do compressor e subresfriado em 5ºC na saída do condensador Determine aO calor removido do espaço refrigerado e o trabalho fornecido em kJkg bem como o COP do ciclo R QL 1593kJkg Ẇent 5151kJkg COP 3093 Defina b Os mesmos parâmetros considerando que o ciclo é operado segundo o ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal entre as mesmas temperaturas de evaporação e condensação R QL 1492kJkg Ẇent 4167kJkg COP 3582 Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação real são h1 40249kJkg h2 45400kJkg h3 24319kJkg As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação ideal são h1 39904kJkg h2 44071kJkg h3 24980kJkg Obs estado 1 entrada do compressor estado 2 saída do compressor estado 3 saída do condensador estado 4 entrada do evaporador Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação real são h1 40249kJkg h2 45400kJkg h3 24319kJkg 4 1 L h h q 159 3 kJ kg 24319 40249 qL 3 2 H h h q 210 8 kJ kg 24319 45400 qH Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação real são h1 40249kJkg h2 45400kJkg h3 24319kJkg 1 2 in h h w 5151kJ kg 40249 45400 win in L w COP q 3 093 51 51 159 3 COP Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva 4 1 L h h q 1492kJ kg 24980 39904 qL 3 2 H h h q 190 9 kJ kg 24980 44071 qH As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação ideal são h1 39904kJkg h2 44071kJkg h3 24980kJkg Operações Unitárias IV Unidade 3 Sistemas de Refrigeração Não Ideal por Compressão a Vapor Profa Maria das Graças Enrique da Silva As propriedades do refrigerante R22 considerando a operação real são h1 40249kJkg h2 45400kJkg h3 24319kJkg 1 2 in h h w 4167kJ kg 44071 39904 win in L w COP q 3 582 67 41 1492 COP