PrimeiraVA - Resolucao

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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO
UNIDADE ACADÊMICA DO CABO DE SANTO AGOSTINHO
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
PRIMEIRA VERIFICAÇÃO DE APRENDIZAGEM
Ar Condicionado e Refrigeração - 2021.2
Docente: Prof. Rogério Soares da Silva
15 de Agosto de 2022
RESOLUÇÃO
Observação: Não esqueça de indicar as hipótese simplificadoras para cada problema!
1. (Pontos: 1,5) Cite 5 (cinco) requerimentos termodinâmicos desejados para um fluido refriger-
ante.
Resp.:
(a) Temperatura crítica e ponto tríplo fora da faixa de trabalho.
(b) Pressão de sucção acima da pressão atmosférica.
(c) Pressão de descarga baixa: permite a construção de equipamentos mais leves.
(d) Razão de pressão: a menor possível ⇒ alta eficiência volumétrica e baixo consumo de
energia.
(e) Alto calor latente de evaporação.
(f) Baixa viscosidade: baixa perda de carga (queda de pressão).
2. (Pontos: 1,5) Misturas zeotrópicas (ou não-azeotrópicas) são designadas pela série 400. Cite
2 (duas) características deste tipo de refrigerante.
Resp.:
(a) Se comportam como uma mistura binária.
(b) A concentração da fase vapor é distinta da fase líquido.
3. (Pontos: 3,5) Duas correntes de ar úmido são misturadas adiabaticamente. As vazões são 0,25
e 1kg de ar seco/s. A pressão local vale 101,3kPa. Determine a TBS, a TBU e a ϕ da mistura
resultante. Adote: Entrada 1 (TBS = 15℃, ϕ = 60), Entrada 2 (TBS = 30℃, ϕ = 80).
Resp.:
Pela carta psicrométrica, temos que:
Entrada 1: h1 = 32kJ/kg, v1 = 0, 825m3/kg, ω1 = 0, 0066 kg vapor/kg ar seco
Entrada 2: h2 = 85kJ/kg, v2 = 0, 890m3/kg, ω2 = 0, 022 kg vapor/kg ar seco
Pela primeira lei temos:
h2 − h3
h3 − h1
=
ṁa1
ṁa2
= 0, 25
h3 = 74, 4kj/kg
Pela conservação da massa temos:
ω2 − ω3
ω3 − ω1
=
ṁa1
ṁa2
= 0, 25
ω3 = 0, 0188 kg vapor/kg ar seco
Pelo cruzamento das retas (h3 e ω3): TBS = 27, 5℃, TBU = 9℃, ϕ = 80
4. (Pontos: 3,5) Considere o sistema de duplo estágio da figura 1. O mesmo opera com uma
carga térmica de 127kW no evaporador a −20℃ utilizando R134a. O condensador encontra-se
a 1, 4MPa. A pressão intermediária do sistema é dada por:
pi =
√
pepc (1)
onde: pe (pressão no evaporador), pc (pressão no condensador).
Determine:
(a) (Pontos: 1,5) O ciclo termodinâmico em um diagrama p−h indicando cada um dos pontos.
Resp.:
Balanço de energia evaporador.
ṁ1 =
QL
h1 − h7
(2)
h1 = hv(−20℃) = 238, 43kJ/kg
h7 = h5 = hl(1, 4MPa) = 127, 25kJ/kg
⇒ ṁ1 = 1, 142kg/s
Compressor 1.
p2 =
√
1400× 132, 8 = 431, 18kPa
s2 = s1 = sv(−20℃) = 0, 9457kJ/kg ·K
A tabela de vapor superaquecido do R134a informa (h,s,v,u) para 400kPa e 500kPa. Para
a pi do problema, vamos adotar os valores para p=400kPa. Há um erro um tanto grosseiro,
mas podemos ter uma ideia do acontece na saída do compressor 1. Assim,
h2 = h(431, 18kPa, 0, 9457kJ/kg ·K) = 261, 25 (média aritmética para 10℃ e 20℃)
⇒ ẆI = ṁ1 (h2 − h1) = 26, 06kW
Tanque de flash
Conservação da massa:
ṁ6 + ṁ2 = ṁ3 (3)
Balanço de energia:
h6ṁ6 + h2ṁ2 = h3ṁ3 (4)
Fazendo (3) em (4), fica:
ṁ3 = ṁ2
h2 − h6
h3 − h6
(5)
h6 = h5 = hl(1, 4MPa) = 127, 25kJ/kg (Expansão adiabática)
h3 = hv (431, 18kPa) = 256.78kJ/kg (interpolação)
⇒ ṁ3 = 1, 1814kg/s
s3 = sv (431, 18kPa) = 0.92619578 (interpolação)
Compressor 2.
h4 = h(s4 = s3, pcond = 1, 4MPa) ≈ 280kJ/kg
⇒ ẆII = ṁ2 (h4 − h3) = 23, 22kW
(b) (Pontos: 2,0) COP do ciclo.
COP =
QL
ẆI + ẆII
= 2, 577 (6)
Figure 1: Ciclo de refrigeração de duplo estágio.