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 R13...

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.

Balanço de energia evaporador.
ṁ1 = QL / (h1 − h7)
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
Balanço de energia:
h6ṁ6 + h2ṁ2 = h3ṁ3
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
(a) O ciclo termodinâmico em um diagrama p−h indicando cada um dos pontos.