Enunciado
FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 7º - Capítulo 1.Problemas - Ex. 48
O consumo de energia associado a um aquecedor de água doméstico possui dois componentes: (i) a energia que deve ser fornecida à água para elevar a sua temperatura até o valor no interior do aquecedor, à medida que ela é introduzida para substituir aquela que está sendo consumida, e (ii) a energia necessária para compensar as perdas de calor que ocorrem no tanque de armazenamento do aquecedor ao mantê-lo na temperatura especificada. Neste problema, vamos avaliar o primeiro desses dois componentes para uma família de quatro pessoas, cujo consumo diário médio de água quente é de aproximadamente . Estando a água de reposição disponível a , qual é o consumo anual de energia associado ao aquecimento desta água até a temperatura de armazenamento de 55°C? Para um custo unitário de energia elétrica de , qual é o custo anual associado ao fornecimento de água quente utilizando-se (a) aquecimento elétrico resistivo, e (b) uma bomba de calor com COP igual a 3.
Passo 1
Iniciamos calculando a temperatura média:
Com:
;
.
Temos:
Agora, vamos até a Tabela A.6, “Propriedades termofísicas da água saturada” e pegaremos os seguintes dados em :
Com o volume específico conseguimos obter a massa específica:
Passo 2
Convertendo a unidade de volume médio consumido diariamente:
Calculando a transferência diária de energia:
Convertendo dia para ano:
Sendo:
Temos:
Passo 3
Letra a)
Calculando o custo anual associado ao fornecimento de água quente utilizando-se aquecimento elétrico.
Com:
Temos:
Passo 4
Letra b)
Calculando o custo anual associado ao fornecimento de água quente utilizando-se uma bomba de calor com COP igual a 3
Com:
Temos: