Um processo necessita de uma transferência de calor de 3 × 106 Btu/h (879,2 kW) a 170°F (76,7°C). Propõe-se que uma bomba de calor por compressão de vapor, trabalhando com Refrigerante 134a, seja utilizada para o desenvolvimento desse processo de aquecimento, utilizando-se uma corrente de água rejeitada a 125°F (51,7°C) como fonte de baixa temperatura. A Fig. 10.39 fornece os dados para este ciclo que opera em regime permanente. A eficiência isentrópica do compressor é de 80%. Esboce o diagrama T–s do ciclo e determine

(a) a entalpia específica na saída do compressor, em Btu/lb.

(b) as temperaturas em cada um dos estados principais, em °F.

(c) a vazão mássica de refrigerante, em lb/h.

(d) a potência do compressor, em Btu/h.

(e) o coeficiente de desempenho e compare com o coeficiente de desempenho para um ciclo de bomba de calor de Carnot operando entre os reservatórios na temperatura do processo e na temperatura das águas rejeitadas, respectivamente.

Pegando a entropia específica e entalpia específica da Tabela A-11E “Propriedades de R134a Saturado (Líquido-Vapor): Tabela de Pressão” correspondente a pressão de e entalpia

Já que o processo 1-2s é isentrópico, temos que

Calculando a entalpia específica na saída ideal do compressor

Pegando a entropia específica da Tabela A-11E “Propriedades de R134a Saturado (Líquido-Vapor): Tabela de Pressão” correspondente a pressão de no estado saturado

Já que a entropia específica no estado saturado é menor que a entropia específica no estado 2, o vapor no estado 2 está no estado superaquecido.

Então usamos a tabela superaquecido e interpolando. Da tabela A-12E “Propriedades de Vapor de R134a Superaquecido” a pressão de e entropia de

a) Escrevendo a relação para a eficiência do compressor

b) O estado atual na saída do compressor é com pressão e entalpia específica de

Pegando a temperatura no estado 2 atual da Tabela A-12E “Propriedades de Vapor de R134a Superaquecido” a pressão de e entalpia específica de , por interpolação

Pegando a temperatura de saturação da Tabela A-11E “Propriedades de R134a Saturado (Líquid-Vapor): Tabela de Pressão” a pressão de

Pegando a entalpia específica no estado 3, de líquido saturado a pressão de

Pegando a entalpia específica de líquido saturado de R134a a pressão de da Tabela A-11E “Propriedades de R134a Saturado (Líquid-Vapor): Tabela de Pressão”

Já que o processo 3-4 é um processo de estrangulamento,

Considerando o processo 4-1, um processo isobárico com adição de calor

Pegando a temperatura no estado 4 da Tabela A-12E “Propriedades de Vapor de R134a Superaquecido” a pressão de e entalpia específica de , por interpolação

Já que a entalpia específica no estado 4 é maior que a entalpia específica do líquido saturado e menor que a pressão de vapor saturado de , então o estado 4 é uma mistura com temperatura de

c) calculando a taxa de vazão mássica do refrigerante

d) calculando a potência do compressor

e) calculando o coeficiente de performance do ciclo

Calculando o coeficiente de performance da bomba de calor de Carnot (lembrando de converter as temperaturas para a escala Rankine)

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

Desenhando o diagrama