Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 121
É comum afirmar que a porta do refrigerador deve ser aberta o menor número de vezes possível – e pelo menor tempo possível – para que assim economize-se energia. Considere um refrigerador doméstico cujo volume interno seja de 0,9 m3 e cuja temperatura média interna corresponda a 4 °C. Em um determinado momento, um terço do espaço refrigerado está ocupado com itens alimentícios, e o 0,6 m3 restante está preenchido com ar. A temperatura e a pressão médias da cozinha são de 20 °C e 95 kPa, respectivamente. Além disso, os teores de umidade do ar na cozinha e no refrigerador são de 0,010 kg e 0,004 kg por kg de ar; assim, 0,006 kg de vapor de água é condensado e removido de cada quilograma de ar que entra no refrigerador. A porta do refrigerador é aberta oito vezes por dia em média, e a cada vez em que isso acontece metade do volume de ar do refrigerador é substituído pelo ar mais quente da cozinha. Considerando que o coeficiente de performance do refrigerador é de 1,4 e que o custo de eletricidade corresponde a 7,5 centavos por kWh, determine o custo do desperdício de energia por ano, resultante da ação de abrir a porta do refrigerador. Qual seria sua resposta se o ar da cozinha fosse considerado muito seco e, por isso, uma quantidade desprezível de vapor de água fosse condensada no refrigerador?
Passo 1
A porta de uma geladeira é aberta 8 vezes ao dia, e metade do ar frio no interior é substituída pelo ar da sala mais quente. O custo da energia desperdiçada por ano como resultado da abertura da porta da geladeira deve ser determinado para os casos de ar úmido e seco na sala. Iremos assumir que: 1 A sala é mantida a 20°C e 95 kPa em todo o momento. 2 O ar é um gás ideal com aquecimento específico constante à temperatura ambiente. 3 A umidade é condensada a uma temperatura média de 4°C. 4 Metade do volume de ar no frigorífico é substituído pelo ar quente da cozinha cada vez que a porta é aberta.
Passo 2
O volume de ar refrigerado substituído cada vez que o refrigerador é aberto é de 0,3 (metade do volume de ar de 0,6 no refrigerador). Então o volume total de ar refrigerado substituído por ar ambiente por ano é
A densidade do ar nas condições do espaço refrigerado de 95 kPa e 4°C e a massa de ar substituída por ano são
Passo 3
A quantidade de umidade condensada e removida pelo refrigerador é
Os ganhos de calor sensíveis, latentes e totais do espaço refrigerado tornam-se,
Para um COP de 1,4, a quantidade de energia elétrica que a geladeira consumirá para remover esse calor do espaço refrigerado e seu custo são,
Passo 4
Se o ar ambiente estiver muito seco e, portanto, o ganho de calor latente for insignificante, então a quantidade de energia elétrica que o refrigerador consumirá para remover o calor sensível do espaço refrigerado e seu custo se torna
