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
. Determine o coeficiente de desempenho do ciclo (
) e a potência de acionamento do compressor, em kW , necessária para que a capacidade de refrigeração do sistema seja de
.
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 (
) e a potência consumida pelo compressor (
). A fórmula é:
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
e
.
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
é dada pela diferença de entalpia no evaporador multiplicada pela massa do refrigerante:
Onde
é a entalpia na saída do evaporador e
na entrada do compressor.
Passo 6
A potência do compressor
é calculada pela diferença de entalpia entre a saída e a entrada do compressor, multiplicada pela massa:
Onde
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
:
Precisamos encontrar
, mas para isso, precisamos das entalpias que mencionamos.
Passo 8
Usando as tabelas do R-134a, vamos encontrar as entalpias:
- Na saída do evaporador (
), kJ/kg - Na entrada do compressor (estado 2),
kJ/kg
Nota: Os valores exatos de entalpia devem ser obtidos das tabelas do R-134a.
Passo 9
Com as entalpias, calculamos
:
Sabendo que
, podemos achar a massa do refrigerante
:
Passo 10
Finalmente, com
encontrado, calculamos o COP:
Resposta
O coeficiente de desempenho do ciclo é 1,5 e a potência de acionamento do compressor necessária é 100 kW.