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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 152

Uma bomba de calor com refrigerante- 134 a como fluido de trabalho é utilizada para manter um espaço a 25   ° C , removendo calor da água geotérmica que, a uma taxa de 0,065   k g / s , entra no evaporador a 60   ° C e sai a 40   ° C . O refrigerante entra no evaporador a 12   ° C com um título de 15 % e dele sai como vapor saturado à mesma pressão. Considerando que o compressor consome 1,6   k W de potência, determine (a) a vazão mássica do refrigerante, (b) a taxa de fornecimento de calor, (c) o COP e (d) a mínima potência entregue ao compressor para a mesma taxa de fornecimento de calor.

Passo 1

Para esta questão, precisaremos das propriedades do R- 134 a e da água, as quais estão tabeladas no livro, tabelas A-11 e A-4, respectivamente.

Propriedades:

(a) A taxa de calor transferido da água é a mudança de energia da água da entrada para a saída e o aumento de energia do refrigerante é igual à diminuição de energia da água no evaporador. Portanto, devemos fazer da seguinte maneira:

Q L ˙ = m ˙ w h w ,   1 - h w , 2 = 0,065 251,18 - 167,53 = 5,437   k W

m ˙ R = Q ˙ L h 2 - h 1 = 5,437 257,27 - 96,55 = 0,0338   k g / s

Passo 2

(b) Agora determinaremos a taxa de fornecimento de calor.

Q ˙ H = Q ˙ L + W ˙ = 5,437 + 1,6 = 7,04   k W

Passo 3

(c) O COP da bomba de calor é:

C O P = Q ˙ H W ˙ = 7,04 1,6 = 4,40

Passo 4

(d) Por fim, o COP de uma bomba de calor reversível (máximo COP) operando entre os mesmos limites de temperatura é:

C O P m á x = T H T H - T L = 60 60 + 273 - ( 25 + 273 ) = 9,51

Com isso podemos determinar a mínima potência entregue ao compressor para a mesma taxa de fornecimento de calor:

W ˙ e n t , m í n = Q ˙ H C O P m á x = 7,04 9,51 = 0,74   k W

Resposta

(a) m ˙ R = 0,0338   k g / s

(b) Q ˙ H = 7,04   k W

(c) C O P = 4,40

(d) W ˙ e n t , m í n = 0,74   k W

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