QUESTOES CICLO DE REFRIGERACAO A VAPOR

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O CICLO DE COMPRESSÃO A VAPOR 2 
 
 CONTROLE TÉRMICO DE AMBIENTES 2 
 
QUESTÕES PROPOSTAS 
 
1.1) Um ciclo de refrigeração de Carnot retira calor de um reservatório térmico a -12°C e o rejeita 
para um reservatório a 40°C. 
a) Calcule o COP desse ciclo de refrigeração. 
b) Qual é a potência necessária se o ciclo retira 15 kW à temperatura de -12°C? 
c) Qual é o COP da bomba de calor operando entre as mesmas temperaturas do ciclo de 
refrigeração acima? 
d) Qual é o fluxo de calor rejeitado à temperatura de 40°C se a bomba de calor retira 15 kW 
à temperatura de -12°C? [Resp.: 18 kW]. 
 
 
1.2) Faça um diagrama esquemático de um ciclo padrão de compressão a vapor operando com 
refrigerante R-410A, para uma temperatura de evaporação (TE) de -5°C e uma condensação de 
30°C, e calcule 
a) O trabalho de compressão, 
b) O efeito de refrigeração, 
c) O calor rejeitado no condensador e 
d) O COP. 
 
1.3) Um sistema frigorífico, operando com refrigerante R-22, deve apresentar uma capacidade de 
refrigeração de 80 kW. O ciclo é o padrão de compressão a vapor, com temperatura de evaporação 
(TE) de -8°C e de condensação de (TC) 42°C. 
a) Determine a vazão em volume de refrigerante em metros cúbicos por segundo referida à 
aspiração do compressor. 
b) Calcule a potência do compressor necessária. 
c) Qual é a fração de vapor na mistura na entrada do evaporador, expressa na razão em 
massa e em volume? [Resp.: 0,292; 0,971]. 
 
1.4) Compare os coeficientes de eficácia de ciclos de refrigeração com compressão úmida e seca; 
admita que o fluido de trabalho seja R-717, que a TE seja de -20°C e a TC 30°C, que as compressões 
sejam isentrópicas e que o líquido deixe o condensador saturado. No ciclo de compressão úmida o 
refrigerante deixa o compressor no estado de vapor saturado. [Resp.: 4,42 contra 4,02]. 
 
1.5) Um dispositivo de estrangulamento é universalmente usado no ciclo de compressão a vapor 
para reduzir a pressão do refrigerante líquido. 
a) Determine a porcentagem de economia de trabalho líquido do ciclo por kg de refrigerante 
se um motor de expansão fosse usado para expandir isentrópicamente R-22 do estado 
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líquido saturado a 35°C até a TE de 0°C. Admita que a compressão seja isentrópica entre 
os estados de vapor saturado a 0°C até a pressão de condensação correspondente à 
temperatura de 35°C. [Resp.:12,9%]. 
b) Calcule o aumento no efeito de refrigeração em kJ/kg como resultado da utilização desse 
motor de expansão. 
 
1.6) A eficiência de um sistema frigorífico aumenta com a diminuição da temperatura de 
condensação. Investigar a possibilidade de resfriar a água de condensação de um sistema frigorífico 
com outro sistema. A eficiência do sistema combinado será melhor, pior ou igual a do sistema 
simples? Por que? 
 
1.7) Um sistema de compressão a vapor, usando R-134a, utiliza um trocador de calor entre o gás 
de aspiração e o líquido, o qual aquece o vapor saturado do evaporador de -10 a 5°C com líquido 
do condensador a 30°C. A compressão é isentrópica para os casos a seguir. 
a) Calcule o COP do sistema sem o trocador de calor, com temperaturas de condensação de 
30°C e temperatura de evaporação de -10°C. 
b) Calcule o COP do sistema com trocador de calor. 
c) Qual a capacidade de refrigeração do sistema sem trocador de calor se o compressor bombeia 
12,0 L/s, referidos ao estado do vapor na aspiração do compressor? 
d) Qual é a capacidade de refrigeração (Potência Frigorífica ou Potência por kW de refrigeração) 
do sistema com trocador de calor para um compressor com a mesma capacidade do caso. 
 
 
 
 
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1.8) Um ciclo padrão de compressão a vapor em regime permanente usa R-134a como refrigerante. 
O vapor saturado entra no compressor a 1,5 bar e o líquido saturado deixa o condensador a 10 bar. 
A vazão em massa é 5 kg/min. 
 
Determine 
a) A potência do compressor, em hp. 
b) A capacidade de refrigeração, em TR. 
c) O COP. 
 
 
1.9) Modifique o ciclo do problema anterior para que o compressor possua uma eficiência de 
compressão (eficiência isentrópica, rendimento adiabático) de 80%, e considere que a temperatura 
do líquido na saída do condensador é de 31°C. Para esse ciclo modificado, determine. 
 
a) A potência de acionamento do compressor, em kW. 
b) A capacidade de refrigeração, em TR. 
c) O COP. 
 
 
1.10) Um ciclo de compressão a vapor, utilizando R-134a, o compressor tem uma Eficiência de 
Compressão de 80% e desenvolve 10 kW de refrigeração. O vapor saturado entra no compressor a 
1,5 bar pressão absoluta e o líquido saturado deixa o condensador a 10 bar pressão absoluta. A 
temperatura do líquido na saída do condensador é de 31,33°C. 
 
Pede-se: 
 a) Diagrama Ph, utilizar diagrama em anexo, 
 b) o efeito de refrigeração, em kJ/kg, 
c) a vazão de refrigerante, em kg/s, 
d) a potência do compressor, em kW, 
e) o Coeficiente de Performance (COP), 
f) a vazão em volume medida na sucção do compressor, 
g) a potência por kW de refrigeração e 
h) a temperatura de descarga do compressor. 
 
1.11) Um ciclo padrão de refrigeração de compressão a vapor, utilizando R-22, desenvolve 50 kW 
de refrigeração, operando a uma Tc = 35°C e uma Te = -10°C. Determine 
 
a) o efeito de refrigeração, kJ/kg 
b) a vazão de refrigerante, kg/s 
c) potência do compressor, em kW 
d) COP 
e) vazão em volume medida na sucção do compressor 
f) a potência por kW de refrigeração 
g) a temperatura de descarga na compressor. 
 
1.12) Um ciclo padrão de compressão a vapor, utilizando R-410A, desenvolve 50 kW de refrigeração, 
operando a uma temperatura de condensação (Tc) de 40°C e uma temperatura de evaporação (Te) 
de -10°C. 
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Determine: 
 a) o efeito de refrigeração, em kJ/kg, 
b) a vazão de refrigerante, em kg/s, 
c) a potência do compressor, em kW, 
d) o Coeficiente de Performance (COP), 
e) a vazão em volume medida na sucção do compressor, 
f) a potência por kW de refrigeração e 
g) a temperatura de descarga do compressor. 
 
1.13) Um ciclo padrão de compressão a vapor, utilizando R-407C, desenvolve 50 kW de refrigeração, 
operando a uma temperatura de condensação (Tc) de 40°C e uma temperatura de evaporação (Te) 
de -10°C. 
 
Determine: 
 a) o efeito de refrigeração, em kJ/kg, 
b) a vazão de refrigerante, em kg/s, 
c) a potência do compressor, em kW, 
d) o Coeficiente de Performance (COP), 
e) a vazão em volume medida na sucção do compressor, 
f) a potência por kW de refrigeração e 
g) a temperatura de descarga do compressor. 
 
 
1.14) No projeto de um refrigerador, o ciclo proposto prevê a utilização de R-12, que é admitido no 
compressor alternativo como vapor superaquecido a 1,6 bar e 4°C, sendo descarregado a 12 bar e 
115°C. O refrigerante entra no condensador com 11,8 bar e 105°C onde é então resfriado no 
condensador até 38°C e 11,6 bar, sendo posteriormente expandido até 2 bar. Em seguida o 
refrigerante deixa o evaporador a -7°C e 1,8 bar. A potência fornecida por um compressor de 
deslocamento positivo tipo alternativo é 2,5 hp. A capacidade do compressor é de 100 kg/h. 
 
a) Esboce em um diagrama Ph o ciclo 
proposto, indicando sua posiçãorelativa à curva de saturação, com 
base no esquema apresentado 
abaixo. 
b) Calor transferido pelo compressor, 
em W. 
c) Calor rejeitado no condensador, 
em kW. 
d) Capacidade de refrigeração, em 
kW. 
e) Eficiência de compressão 
f) COP. 
 
 
 
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1.15) Um sistema de refrigeração por compressão a vapor com uma capacidade frigorífica de 10 TR 
admite na entrada do compressor, o R-134a na forma de vapor superaquecido a 15°C, 4 bar, 
enquanto na saída têm-se 12 bar. O processo de compressão pode ser modelado por 
 
p.v1,01 = constante 
 
na saída do condensador a pressão é 11,6 bar e a temperatura é 44°C. O condensador é resfriado 
a água, que entra a 20°C e sai a 30°C. A transferência de calor no exterior do condensador pode 
ser desprezada. Determine. 
a) A vazão em massa do refrigerante, em kg/s. 
b) A potência de acionamento e a transferência de calor no condensador, ambas em W. 
c) Coeficiente de desempenho. 
d) A vazão mássica da água de resfriamento, em kg/s. 
 
1.16) No projeto de um refrigerador, o ciclo proposto prevê a utilização de refrigerante R-12, que é 
admitido no compressor como vapor superaquecido a 0,18 MPa e -10°C, sendo descarregado a 0,7 
MPa e 50°C. O refrigerante é então resfriado no condensador até 24°C e 0,65 MPa, sendo 
posteriormente expandido até 0,15 MPa. A carga térmica de projeto do refrigerador é de 6,0 kW. 
Despreze a perda de carga e a transferência de calor nas linhas de conexão entre os elementos do 
refrigerador. 
a) Esboce em um diagrama Temperatura-Entropia o ciclo proposto, indicando sua posição 
relativa à curva de saturação, com base no esquema apresentado na figura abaixo. 
b) Calcule a vazão mássica, em kg/s, de refrigerante necessária para atender à carga térmica 
de projeto. 
c) Calcule a potência requerida pelo compressor, em kW, e analise a necessidade de se utilizar 
o superaquecimento do refrigerante admitido no compressor. 
d) Calcule a potência requerida pelo compressor considerando o processo de compressão 
politrópico. 
e) O R-12 foi banido do uso em instalações de refrigeração. Explique as razões e quais fluidos 
refrigerantes utiliza-se em seu lugar nos dias atuais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.17) Uma instalação frigorífica, conforme Figura, utiliza R-717. Supondo compressão isentrópica e 
título igual a 1 na admissão do compressor, apresenta as seguintes condições. 
 Carga térmica = 12.000 kcal/h 
 Temperatura da câmara = 0°C 
 Temperatura da água entrando no condensador = 28°C 
 Variação de temperatura entre câmara e evaporador = 5°C 
 Variação de temperatura entre o R-717 condensando e da água saindo do condensador 
= 7°C 
 Vazão por TR utilizada para a condensação = 3 gpm/TR (US) 
 
Determinar 
a) Temperatura de descarga 
b) COP 
c) Calor rejeitado no condensador 
d) Determinar quanto % o calor rejeitado no condensador (Potência Calorífica) é superior a 
carga térmica 
e) Potência mecânica em hp (compressão teórica) 
f) Mudando-se a bomba de água de condensação, a vazão passa a ser 5 gpm (US) por TR, 
nesse caso qual o novo valor do COP e a nova potência fornecida ao compressor? 
g) Sem as considerações do ítem 6, para se obter na câmara a temperatura de -20C, com a 
mesma carga térmica, quais os novos valores do COP e da potência do compressor. 
gpm (US) = 3,7854 Lpm 
gpm (UK) = 4,5460 Lpm 
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