Considere um ciclo de refrigeração ideal que utiliza R-134a como fluido de trabalho. A temperatura do refrigerante no evaporador é -20^circ C e no condensador é 40^circ C. Sabendo que a vazão de refrigerante no ciclo é 0,03 kg / s, determine o coeficiente de desempenho e a capacidade de refrigeração dessa instalação. (dados: h1=386,1 kJ / kg ; h2=428,4 kJ / kg ; h3=256,5 kJ / kg )

Passo 1

Beleza, o enunciado diz que temos um ciclo de refrigeração ideal usando R-134a. O evaporador está a –20 °C e o condensador a 40 °C. Sabemos que a vazão de refrigerante é 0,03 kg/s e foram dadas as entalpias nos estados 1, 2 e 3:
qL = h1 - h4,
O que a gente quer é:
  1. o coeficiente de desempenho (COP) do ciclo,
  2. a capacidade de refrigeração (potência de refrigeração).
Matéria envolvida: termodinâmica de ciclos de refrigeração ideais, entalpias, definição de COP e de fluxo de calor. Para resolver vamos usar as fórmulas
win = h2 - h1,
COP = qLwin,
e lembrar que na expansão isoentrópica ideal (válvula de expansão) a entalpia não muda, então .

Passo 2

Teoria por trás:
  • Entalpia ( ) mede a energia total por kg de fluido.
  • No evaporador o fluido absorve calor passando de estado 4 a estado 1; esse calor é .
  • No compressor a energia fornecida é .
  • O COP de um refrigerador é a razão entre o calor absorvido no evaporador e o trabalho de compressor: .
  • Como a válvula de expansão é isoentalpica em ciclo ideal, vale .

Passo 3

Calcular a capacidade de refrigeração por kg de fluido ( qL = h1 - h4 = h1 - h3 = 386,1 - 256,5 = 129,6;kJ/kg ):
dot QL = dot m,qL = 0,03 times 129,6 = 3,888;kW
Como a vazão mássica é , a capacidade de refrigeração (potência) é

Passo 4

Calcular o trabalho do compressor por kg ( win = h2 - h1 = 428,4 - 386,1 = 42,3;kJ/kg ) e o COP:
COP = qLwin = 129,642,3 approx 3,06
Então

Resposta

COP ≈ 3,06
Capacidade de refrigeração ≈ 3,89 kW.

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