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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 48

48. Um edifício requer uma bomba de calor de duas toneladas para manter o espaço interior a 27 °C, sob uma temperatura exterior de 5 °C. A bomba de calor opera no ciclo de refrigeração por compressão de vapor normal e utiliza refrigerante-134a como fluido de trabalho. As condições de funcionamento da bomba de calor exigem uma pressão do evaporador de 240 kPa e uma pressão do condensador de 1.600 kPa; o compressor tem uma eficiência isentrópica

de 85%. Os dados selecionados para o refrigerante-134a são fornecidos na tabela seguinte.

Para o refrigerante-134a a P = 1.600 kPa e s = 0,9222 kJ/kg.K, h = 285 kJ/kg. Além disso, uma tonelada = 211 kJ/min.

(a) Faça um esboço dessa bomba de calor e do seu diagrama T-s.

(b) Determine a potência necessária para acionar a bomba de calor, em kW, e o COP.

Passo 1

Letra (a)

Em um ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor, o processo de compressão é isentrópico, o refrigerante entra no compressor como vapor saturado à pressão do evaporador e deixa o condensador como líquido saturado à pressão do condensador. Um esboço da bomba de calor e do seu diagrama é motrado como segue:

Passo 2

Letra (b)

A partir da definição de eficiência isentrópica para um compressor podemos escrever:

η c o m p = h 2 s - h 1 h 2 - h 1

A partir daí temos que:

h 2 = h 1 + h 2 s - h 1 η c o m p = 244 + 285 - 244 0,85 = 292,2 k J k g

O trabalho que entra no compressor é obtido por:

w e n t r a = h 2 - h 1 = 292,2 - 244 = 48,2 k J k g

A vazão mássica através do ciclo é

Q ˙ H = m ˙ ( h 2 - h 3 )

m ˙ = Q ˙ H h 2 - h 3

m ˙ = 2   t o n 211 / 60   k J / s 1   t o n 292.2 - 134   k J / k g

m ˙ = 0.04446   k g / s

A potência necessária ao compressor é obtida por:

W ˙ e n t r a = m ˙ w e n t r a = 0,04446 k g s 48,2 k J k g = 2,14   k W

O COP é dado por:

C O P b o m b a   d e   c a l o r = Q q u e n t e ˙ W e n t r a ˙ = 2   t o n 211 60 k J s 1 t o n 2,14   k W = 3,29

Resposta

  1. Figura
  2. W ˙ e n t r a = 2,14   k W e C O P b o m b a   d e   c a l o r = 3,29
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