Conforme a metodologia sugerida em sala de aula resolver e analisar as questões: (20 %)
Uma instalação frigorífica opera segundo o ciclo padrão de compressão mecânica de vapor utilizando refrigerante R-134 a, desenvolve 65(kW) de refrigeração, operando a uma temperatura de evaporação de - 10( ^circ C) e uma temperatura de condensação de 38( ^circ C).
Determinar o que se pede e comentar os resultados:
O COP da máquina frigorífica;

Passo 1

Beleza, então o enunciado diz que temos uma geladeira (instalação frigorífica) que usa o ciclo padrão de compressão mecânica de vapor com refrigerante R-134a. Ela retira calor do ambiente frio a –10 °C (evaporador) e rejeita calor a 38 °C (condensador), entregando 65 kW de refrigeração.
O que vamos precisar pra resolver é:
  1. Entender o ciclo de compressão de vapor (quatro processos: evaporação, compressão isentrópica, condensação e expansão);
  2. Extrair entalpias e entropias do R-134a nos pontos-chave (tabelas de refrigerante);
  3. Calcular o COP via a definição COP = Q!LW!in = h1 - h4h2 - h1

Passo 2

Identificar os quatro estados do ciclo:
  • Ponto 1: vapor saturado na saída do evaporador a –10 °C.
  • Ponto 2: vapor comprimido isentrópico até a pressão de condensação (38 °C).
  • Ponto 3: líquido saturado na saída do condensador a 38 °C.
  • Ponto 4: mistura refrigerante após a válvula de expansão (processo isentrópico de entalpia constante do ponto 3).

Passo 3

Buscar nas tabelas de R-134a (valores aproximados):
  • A –10 °C, vapor saturado:
    h₁ ≃ 472,3 kJ/kg, s₁ ≃ 1,771 kJ/(kg·K).
  • A 38 °C, líquido saturado:
    h₃ = h₄ ≃ 254,8 kJ/kg.

Passo 4

Compressor isentrópico:
  • s₂ = s₁ = 1,771 kJ/(kg·K)
  • Na pressão de condensação (T=38 °C), tabelas dão h₂ ≃ 514,0 kJ/kg.

Passo 5

Calcular calor absorvido no evaporador e trabalho do compressor por kg de refrigerante:
QL = h1 - h4 = 472,3 - 254,8 = 217,5 kJ/kg,
Win = h2 - h1 = 514,0 - 472,3 = 41,7 kJ/kg

Passo 6

COP da máquina frigorífica:
COP = QLWin = 217,541,7 approx 5,21

Resposta

O COP do ciclo de compressão mecânica de vapor com R-134a, evaporando a –10 °C e condensando a 38 °C, é aproximadamente 5,2.

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