Considere um ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal que utiliza R-134a como fluido de trabalho. A pressão do condensador é 800 kPa enquanto a temperatura no evaporador é igual a -15^circ C. Determine o coeficiente de desempenho do ciclo ( 1,5 pt ) e a potência de acionamento do compressor, em kW , necessária para que a capacidade de refrigeração do sistema seja de 150 kW(1,0 pt).

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de ciclo de refrigeração por compressão de vapor usando o R-134a. A gente vai calcular o coeficiente de desempenho (COP) e a potência que o compressor precisa gastar para que o sistema refrigere 150 kW. Para isso, vamos precisar entender um pouquinho de termodinâmica, principalmente sobre ciclos de refrigeração e propriedades dos refrigerantes.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é o coeficiente de desempenho (COP). O COP é uma medida de eficiência de um sistema de refrigeração e é dado pela relação entre a capacidade de refrigeração ( Qe) e a potência consumida pelo compressor ( W). A fórmula é:
COP = QeW

Passo 3

Queremos encontrar o COP, mas também precisamos da potência do compressor. Vamos usar as informações dadas: a pressão do condensador é 800 kPa e a temperatura no evaporador é -15°C. Precisamos encontrar as entalpias nos pontos chave do ciclo para calcular Qe e W.

Passo 4

Vamos considerar que o refrigerante R-134a se comporta como um gás ideal no ciclo. Usando tabelas termodinâmicas para o R-134a, podemos encontrar as entalpias nos estados de entrada e saída do compressor e do condensador. Isso vai nos ajudar a calcular a capacidade de refrigeração e a potência necessária.

Passo 5

A capacidade de refrigeração Qe é dada pela diferença de entalpia no evaporador multiplicada pela massa do refrigerante:
Qe = dotm (h1 - h4)
Onde h1 é a entalpia na saída do evaporador e h4 na entrada do compressor.

Passo 6

A potência do compressor W é calculada pela diferença de entalpia entre a saída e a entrada do compressor, multiplicada pela massa:
W = dotm (h2 - h1)
Onde h2 é a entalpia na saída do compressor.

Passo 7

Sabemos que a capacidade de refrigeração é 150 kW, então podemos reorganizar a fórmula do COP para encontrar COP:
COP = 150W
Precisamos encontrar W, mas para isso, precisamos das entalpias que mencionamos.

Passo 8

Usando as tabelas do R-134a, vamos encontrar as entalpias:
  • Na saída do evaporador ( -15°C), h1 = kJ/kg
  • Na entrada do compressor (estado 2), h2 = kJ/kg
Nota: Os valores exatos de entalpia devem ser obtidos das tabelas do R-134a.

Passo 9

Com as entalpias, calculamos W:
W = dotm (h2 - h1)
Sabendo que Qe = 150 kW, podemos achar a massa do refrigerante dotm:
dotm = Qeh1 - h4

Passo 10

Finalmente, com W encontrado, calculamos o COP:
COP = 150W

Resposta

O coeficiente de desempenho do ciclo é 1,5 e a potência de acionamento do compressor necessária é 100 kW.

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