Enunciado

Um ciclo de refrigeração em regime permanente mantém uma sala limpa a 55°F (12,8°C), removendo a energia que entra na sala por transferência de calor a partir dos espaços adjacentes a uma taxa de 0,12 Btu/s (126,5 W). O ciclo rejeita energia por transferência de calor ao exterior em que a temperatura é de 80°F (26,7°C).

(a) Considerando que a taxa na qual o ciclo rejeita energia por transferência de calor para o exterior é de 0,16 Btu/s (168,7 W), determine a potência requerida, em Btu/s.

(b) Determine a potência requerida para manter a temperatura da sala limpa por meio de um ciclo de refrigeração reversível operando entre reservatórios frio e quente a 55°F e 80°F, respectivamente, e a taxa correspondente na qual energia é rejeitada por transferência de calor para o exterior, ambas em Btu/s.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

É dado que:

  • Temperatura da sala: T C = 55 ° F
  • Temperatura do ar: T H = 80 ° F
  • Quantidade de energia removida da sala: Q C = 0,12   B t u / s

Passo 3

a) A energia rejeitada pela transferência de calor é Q H = 0,16   B t u / s

Aplicando a primeira lei da termodinâmica para o sistema fechado

Q C - Q H = - W c i c l o → W c i c l o = Q H - Q C = 0,16 - 0,12

∴ W c i c l o = 0,04   B t u / s

Passo 4

b) O coeficiente de performance de um ciclo de refrigeração reversível é

β m a x = T C T H - T C = 55 + 460 80 - 55 = 20,6

Também podemos escrever o coeficiente de performance do ciclo de refrigeração assim:

β m a x = Q C W r e v → W r e v = Q C β m a x = 0,12 20,6

∴ W r e v = 0,0058   B t u / s

Passo 5

Agora a energia rejeitada pela transferência de calor pala o exterior é

Q H = Q C + W r e v = 0,12 + 0,0058 = 0,1258   B t u / s

Resposta

a) W c i c l o = 0,04   B t u / s

b) Q H = 0,1258   B t u / s

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