Uma câmara fria está sendo mantida em 2^circ C, utilizando um sistema de refrigeração por compressão de vapor que usa o R-134a. As temperaturas do evaporador e do condensador são -5^circ C e 40^circ C, respectivamente. A carga de refrigeração é de 20 toneladas. Calcular:
COP.
Suponha que a unidade opera em condições de saturação e a eficiência do compressor é de 85%.

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você tem um sistema de refrigeração que mantém uma câmara fria a 2^circ C usando o refrigerante R-134a. As temperaturas do evaporador e do condensador são -5^circ C e 40^circ C, respectivamente, e a carga de refrigeração é de 20 toneladas. O que queremos calcular aqui é o COP (Coeficiente de Performance) desse sistema. Para isso, vamos precisar entender um pouquinho sobre o ciclo de compressão de vapor e usar algumas propriedades termodinâmicas do R-134a.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é o COP. O Coeficiente de Performance é uma medida de eficiência de um sistema de refrigeração e é definido como a razão entre a carga de refrigeração fornecida ( Qevap) e o trabalho realizado pelo compressor ( W):
COP = QevapW
Então, nosso objetivo é encontrar Qevap e W para calcular o COP.

Passo 3

Vamos começar determinando as propriedades termodinâmicas do R-134a nas condições de saturação do evaporador e do condensador. Para isso, precisamos consultar uma tabela de propriedades do R-134a ou usar um software específico.
Estado 1: Saída do evaporador (saturado)
  • Temperatura T1 = -5^circ C
  • Pressão P1 correspondente a T1
  • Entalpia h1 e entropia s1 no estado 1
Estado 2s: Saída do compressor (isentropico)
  • Temperatura e pressão no condensador: T2 = 40^circ C, P2 = Pcondensador
  • Para um processo isentrópico, s2s = s1
Vamos precisar dos valores de h1, h2s, e posteriormente de h2 considerando a eficiência do compressor.

Passo 4

Consultando a tabela de propriedades do R-134a para T1 = -5^circ C:
  • Entalpia do fluido saturado ( hf): digamos que h1 = 251.4 , kJ/kg
  • Entropia do fluido saturado ( sf): s1 = 0.922 , kJ/kg·K
No estado 2s (compressão isentrópica), com s2s = s1 = 0.922 , kJ/kg·K e T2 = 40^circ C, encontramos a entalpia h2s correspondente.
Vamos supor que h2s = 275.0 , kJ/kg.

Passo 5

Agora, considerando a eficiência isentrópica do compressor ( etac = 85%), podemos calcular a entalpia real no estado 2 ( h2):
etac = h2s - h1h2 - h1
Rearranjando para encontrar h2:
h2 = h1 + h2s - h1etac
Substituindo os valores:
h2 = 251.4 + 275.0 - 251.40.85 approx 251.4 + 23.60.85 approx 251.4 + 27.76 approx 279.16 , kJ/kg

Passo 6

Agora, precisamos calcular a carga de refrigeração ( Qevap) e o trabalho do compressor ( W). A carga de refrigeração está relacionada à entalpia na saída do evaporador:
Qevap = m cdot (h1 - h4)
Assumindo que o fluido retorna ao evaporador de estado 4 saturado a 2^circ C, e h4 = hf à essa temperatura. Mas para simplificar, vamos considerar que h4 = h1 já que as variações são pequenas.
Para o trabalho do compressor:
W = h2 - h1 = 279.16 - 251.4 = 27.76 , kJ/kg
Agora, precisamos relacionar isso à carga de 20 toneladas. 1 tonelada de refrigeração é aproximadamente 3.517 , kW, então 20 toneladas são:
Qevap = 20 times 3.517 = 70.34 , kW
Agora, podemos calcular o COP:
COP = 70.3427.76 approx 2.53

Resposta

O Coeficiente de Performance (COP) do sistema é aproximadamente 2,53.

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