Um sistema de refrigeração convencional por compressão de vapor opera tendo como refrigerante a água. Sabendo-se que a evaporação ocorre a
e a condensação a
; a taxa de refrigeração é 1.200 kW e a eficiência do compressor é de
. 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 (
), usamos a taxa de refrigeração (
) e a diferença de entalpia:
Rearranjando para
:
Substituindo os valores:
Passo 4
Agora, vamos calcular a taxa de transferência de calor no condensador (
). Isso é dado por:
Mas primeiro, precisamos encontrar o trabalho do compressor (
). Como a eficiência do compressor é de
, usamos:
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:
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
.