Por que a válvula de expansão se modela como h₄ = h₃?

O estrangulamento é quase adiabático e não realiza trabalho, então o balanço de energia de um escoamento permanente dá um processo isentálpico. A pressão cai de golpe e parte do líquido vaporiza.

Por que uma temperatura de condensação alta baixa o coeficiente de performance?

Sobem a pressão do lado alto e a relação de pressões do compressor, então faz falta mais trabalho com quase o mesmo calor tomado no evaporador.

O que é a relação de pressões?

O quociente entre a pressão de descarga do compressor e a de sucção. Quanto maior, em geral maior o trabalho de compressão e menor o COP_R à mesma capacidade de refrigeração.

Ciclo de refrigeração por compressão de vapor

Compressor, condensador, válvula de expansão e evaporador: coeficiente de performance, capacidade de refrigeração, relação de pressões e esboço dos estados 1–2–3–4 no diagrama p–h.

O ciclo mostra quatro componentes ideais e os balanços de energia. Os sistemas reais pedem tabelas do refrigerante, perdas de pressão, diferenças de temperatura nos trocadores, mapas do compressor, retorno de óleo e detalhes bifásicos.

Gráficos

Sobre o modelo

O ciclo de refrigeração por compressão de vapor leva o refrigerante por quatro componentes idealizados: o evaporador toma calor à pressão baixa, o compressor eleva a pressão e a temperatura, o condensador cede calor à pressão alta e a válvula de expansão devolve o líquido à pressão do evaporador. As propriedades são de um modelo de aula, não de tabelas do refrigerante: COP_R = (h₁ − h₄)/(h₂ − h₁); o rendimento isentrópico do compressor sobe h₂ acima do ponto isentrópico; o estrangulamento se considera isentálpico: h₄ = h₃. No esboço p–h marcam-se os estados 1–2–3–4; o esquema dos componentes mostra os fluxos de calor e de trabalho. Um cálculo real pede tabelas de propriedades, o título da mistura, perdas de pressão, diferenças de temperatura nos trocadores e o mapa do compressor.

Para quem: Técnica da refrigeração e bombas de calor; termodinâmica de máquinas e AVAC.

Conceitos-chave

ciclo por compressão de vapor
coeficiente de performance
evaporador
condensador
válvula de expansão
relação de pressões
diagrama p–h

Como funciona

Ciclo 1–2–3–4: o evaporador dá q_evap = h₁ − h₄, o compressor exige w = h₂ − h₁, o condensador cede q_cond = h₂ − h₃ e o estrangulamento é isentálpico: h₄ = h₃. O coeficiente de performance é COP_R = q_evap / w. O esboço p–h mostra a subida de pressão no compressor, a cessão de calor, o estrangulamento e a ebulição.

Fórmulas principais

COP_R = q_evap / w_comp = (h1 − h4)/(h2 − h1)

Compressor: h2 = h1 + (h2s − h1)/ηis; válvula: h4 = h3

Perguntas frequentes

Por que a válvula de expansão se modela como h₄ = h₃?: O estrangulamento é quase adiabático e não realiza trabalho, então o balanço de energia de um escoamento permanente dá um processo isentálpico. A pressão cai de golpe e parte do líquido vaporiza.
Por que uma temperatura de condensação alta baixa o coeficiente de performance?: Sobem a pressão do lado alto e a relação de pressões do compressor, então faz falta mais trabalho com quase o mesmo calor tomado no evaporador.
O que é a relação de pressões?: O quociente entre a pressão de descarga do compressor e a de sucção. Quanto maior, em geral maior o trabalho de compressão e menor o COP_R à mesma capacidade de refrigeração.

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