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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 11.Problemas - Ex. 30

30. Um espaço é mantido a -23 °C por um sistema de refrigeração por compressão de vapor em um ambiente a 25 °C. O espaço ganha calor continuamente a uma taxa de 3.500 kJ/h, e a taxa da rejeição de calor no condensador é de 600 kJ/h. Determine a potência fornecida, em kW, o COP do ciclo e a eficiência de segunda lei do sistema.

Passo 1

Para determinarmos a potência fornecida ao sistema, basta fazermos que:

t a x a   d e   t r a b a l h o   q u e   e n t r a = c a l o r   q u e   s a í - c a l o r   q u e   e n t r a

Escrevendo de outra forma:

W ˙ e n t r a = Q ˙ s a i - Q ˙ e n t r a = 6000 - 3500 k J h × 1 h 3600 s = 0,6944   k W

Passo 2

Assim, como vimos em máquinas térmicas qual é a sua eficiência; aqui o COP representa como se fosse a eficiência de um refrigerador. Como trata-se de um refrigerador ele retira calor de uma fonte fria e manda calor para fonte quente. Sendo assim, se quer que ele retire cada vez mais calor da fonte fria e mande mais calor para fonte quente, gastando a menor quantidade de trabalho possível. Logo, o COP é dado por:

C O P = Q ˙ f r i a W ˙ e n t r a

C O P R = 3500 k J h × 1 h 3600 s 0,6944   k W = 1,4

O COP do ciclo de Carnot operando entre o espaço e o ambiente é:

C O P c a r n o t = Q ˙ f r i a W ˙ e n t r a = T f r i a T q u e n t e - T f r i a = 250 K 298 - 250 K = 5,208

Passo 3

A eficiência de segunda lei do sistema é dada por:

η I I = C O P R C O R c a r n o t = 1,4 5,208 = 0,2688 = 26,9 %

Resposta

W ˙ e n t r a = 0,6944   k W

C O P R = 1,4

η I I = 26,9 %

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