Um prédio de escritórios necessita de uma transferência de calor de 20 kW para manter sua temperatura interna em 21°C quando a temperatura externa é de 0°C. Uma bomba de calor por compressão de vapor com Refrigerante 134a como fluido de trabalho é utilizada para fornecer o aquecimento necessário. O compressor opera adiabaticamente com uma eficiência isentrópica de 82%. Especifique as pressões adequadas do evaporador e do condensador de um ciclo com esse propósito, admitindo que DTcond = DTevap = 10°C, conforme ilustrado na Fig. P10.37. Os estados estão numerados na Fig. 10.13. O refrigerante é vapor saturado na saída do evaporador e líquido saturado na saída do condensador nas respectivas pressões. Determine

(a) a vazão mássica de refrigerante, em kg/s.

(b) a potência do compressor, em kW.

(c) o coeficiente de desempenho e compare com o coeficiente de desempenho para um ciclo de bomba de calor de Carnot operando entre os reservatórios nas temperaturas interna e externa, respectivamente.

Desenhando o diagrama

Calculando a temperatura no estado 3

Aqui, a diferença de temperaturas na entrada e saída do condensador é

Obtendo a pressão de saturação correspondente a da Tabela A-10 “Propriedades de Refrigerante 134a Saturado (Líquido Vapor): Tabela de Temperatura”, por interpolação

Calculando a temperatura no estado 1

Obtendo a pressão de saturação correspondente a da Tabela A-10 “Propriedades de Refrigerante 134a Saturado (Líquido Vapor): Tabela de Temperatura”, por interpolação

Obtendo as propriedades de vapor saturado de R134a a da Tabela A-11 “Propriedades de R134a Saturado (Líquido Vapor): Tabela de Pressão”, por interpolação

Calculando a pressão no estado 2

Já que 1-2 é um processo isentrópico

Obtendo a entalpia específica do R134a a pressão e da Tabela A-12 “Propriedades de R134a Saturado (Líquido Vapor): Tabela de Pressão”, por interpolação

Escrevendo a equação para a eficiência do compressor

a) Obtendo a entalpia específica do R134a a pressão da Tabela A-11 “Propriedades de R134a Saturado (Líquid Vapor): Tabela de Pressão”, por interpolação

Já que o processo 3-4 é de estrangulamento

Calculando a taxa de vazão mássica no condensador

b) calculando a potência de entrada do compressor

c) calculando o coeficiente de performance do ciclo

calculando o coeficiente de performance da bomba de calor de Carnot

Então, o coeficiente de performance do ciclo de Carnot é maior que o ciclo de Carnot do ciclo original.