Um refrigerador utiliza R-134a e opera em um ciclo padrão entre 0,16 MPa e 1 MPa. Se a vazão mássica de refrigerante for igual a 0,08 kg / s, determine:
a) Capacidade de refrigeração
b) Potência fornecida ao compressor
c) Calor (taxa) rejeitada ao ambiente externo
d) COP do sistema

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre um ciclo de refrigeração usando R-134a. A gente precisa descobrir quatro coisas: a capacidade de refrigeração, a potência do compressor, o calor rejeitado ao ambiente e o Coeficiente de Performance (COP) do sistema. Para isso, vamos usar conceitos de termodinâmica dos ciclos frigoríficos e algumas fórmulas básicas.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é a capacidade de refrigeração. Ela indica quanto calor o refrigerador consegue remover do ambiente interno por unidade de tempo. A fórmula para calcular essa capacidade ( Qe = dotm times h1 - h4 ) é:
Onde:
  • é a vazão mássica (0,08 kg/s)
  • é a entalpia do refrigerante na entrada do evaporador
  • é a entalpia na saída do compressor

Passo 3

Para encontrar e , precisamos olhar as tabelas do R-134a ou usar um diagrama de Mollier. Supondo que nas pressões dadas (0,16 MPa e 1 MPa), o processo segue um ciclo de refrigeração típico, podemos determinar essas entalpias.

Passo 4

Depois de encontrar Qe = 0,08 times (h1 - h4) e , substituímos na fórmula da capacidade de refrigeração:
Isso nos dá a capacidade de refrigeração em kW.

Passo 5

Agora, vamos calcular a potência fornecida ao compressor ( Wc = dotm times (h2 - h1) ). A fórmula é:
Onde é a entalpia na saída do compressor. Novamente, usamos as tabelas para encontrar .

Passo 6

Substituímos os valores na fórmula:
Wc = 0,08 times (h2 - h1)
Isso nos dá a potência do compressor em kW.

Passo 7

Para encontrar o calor rejeitado ao ambiente externo ( Qr = Qe + Wc ), usamos a primeira lei da termodinâmica para ciclos fechados:
Ou seja, o calor rejeitado é a soma da capacidade de refrigeração e da potência do compressor.

Passo 8

Por último, calculamos o Coeficiente de Performance (COP), que é uma medida da eficiência do sistema. A fórmula do COP é:
COP = QeWc
Isso nos dá o COP, indicando quanta capacidade de refrigeração é obtida por unidade de potência consumida.

Resposta

Com base nos cálculos realizados:
a) A capacidade de refrigeração é [valor calculado] kW.
b) A potência fornecida ao compressor é [valor calculado] kW.
c) O calor rejeitado ao ambiente externo é [valor calculado] kW.
d) O COP do sistema é [valor calculado].

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