Um sistema de refrigeração convencional por compressão de vapor opera tendo como refrigerante a água. Sabendo-se que a evaporação ocorre a 5^circ C e a condensação a 40^circ C; a taxa de refrigeração é 1.200 kW e a eficiência do compressor é de 85 %. Calcule: (i) a vazão de circulação do refrigerante; (ii) a taxa de transferência de calor no condensador; (iii) a potência necessária; (iv) o coeficiente de desempenho do ciclo. Esse ciclo satisfaz a desigualdade de Clausius? (Não tem no Responde aí)

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre sistemas de refrigeração por compressão de vapor! A gente tem que achar a vazão de circulação do refrigerante, a taxa de calor no condensador, a potência necessária e o coeficiente de desempenho do ciclo. Para isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados a ciclos de refrigeração, como o ciclo de Carnot e as propriedades da água como refrigerante. Vamos precisar das tabelas de propriedades da água para as temperaturas de evaporação e condensação.

Passo 2

Primeiro, vamos encontrar as entalpias específicas da água no estado de evaporação e condensação. Isso significa verificar nas tabelas de água a entalpia no ponto de evaporação a e no ponto de condensação a .
Considerando que a evaporação ocorre a , a entalpia específica da água saturada (vapor) nesse ponto é .
E na condensação a , a entalpia específica da água saturada (líquido) é .

Passo 3

Agora, para achar a vazão de circulação do refrigerante ( dotQe = dotm times (hevap - hcond) ), usamos a taxa de refrigeração ( dotm = dotQehevap - hcond ) e a diferença de entalpia:
dotm = 1200 , kW2500 , kJ/kg - 1700 , kJ/kg = 1200800 = 1.5 , kg/s
Rearranjando para :
Substituindo os valores:

Passo 4

Agora, vamos calcular a taxa de transferência de calor no condensador ( dotQc = dotm times (hevap - hcond) + dotWcompressor ). Isso é dado por:
dotWcompressor = dotQeEficiência = 12000.85 approx 1411.76 , kW
Mas primeiro, precisamos encontrar o trabalho do compressor ( dotQc = 1200 + 1411.76 = 2611.76 , kW ). Como a eficiência do compressor é de , usamos:
ê
Agora, substituindo na equação de :

Passo 5

Em seguida, vamos confirmar a potência necessária para o compressor, que já calculamos no passo anterior. A potência é .

Passo 6

Agora, vamos calcular o coeficiente de desempenho (COP) do ciclo. O COP é dado por:
COP = dotQedotWcompressor = 12001411.76 approx 0.85

Resposta

(i) A vazão de circulação do refrigerante é de .
(ii) A taxa de transferência de calor no condensador é aproximadamente .
(iii) A potência necessária é de cerca de .
(iv) O coeficiente de desempenho do ciclo é .

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