Estado T( ^circ C) P(kPa) V(m^3) U(kJ) Porcentagem <br> de liquido
a 80 2305 0,0682 1969 0
b 80 2305 0,00946 1171 100
c 5 363 0,2202 1005 54
d 5 363 0,4513 1657 5
a) Em cada ciclo, qual é o calor retirado do interior do refrigerador para o liquido refrigerante enquanto ele se encontra no evaporador? b) Em cada ciclo, qual é o calor rejeitado do refrigerante para o ar fora do refrigerador enquanto o refrigerante está no condensador? c) Em cada ciclo, qual é o trabalho realizado pelo motor que aciona o compressor? d) Calcule o coeficiente de desempenho do refrigerador.

Passo 1

Vamos organizar o que precisamos fazer aqui! Temos um exercício sobre um ciclo de refrigeração, onde precisamos calcular diferentes quantidades de calor e o desempenho do refrigerador usando os dados fornecidos nas quatro etapas do ciclo. Vamos trabalhar com conceitos de termodinâmica, especificamente aplicando a primeira lei da termodinâmica para ciclos. Para resolver isso, vamos precisar entender como o calor é absorvido e rejeitado no ciclo, além de calcular o trabalho realizado e o coeficiente de desempenho.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular o calor retirado do interior do refrigerador (Q<sub>in</sub>) enquanto o refrigerante está no evaporador. Para isso, usamos a variação da energia interna durante o processo de evaporação.
A fórmula básica da primeira lei da termodinâmica para esse processo é:
Qin = De
Onde:
  • Qin = 1171 , kJ - 1969 , kJ = -798 , kJ é a energia interna no estado b,
  • é a energia interna no estado a.
Substituindo os valores:
O sinal negativo indica que o calor está sendo retirado do interior do refrigerador.

Passo 3

Agora, vamos calcular o calor rejeitado para o ambiente (Q<sub>out</sub>) enquanto o refrigerante está no condensador. Novamente, usamos a variação da energia interna, mas agora entre os estados d e c.
A fórmula é:
Qout = De
Substituindo os valores:
Qout = 1657 , kJ - 1005 , kJ = 652 , kJ
Esse é o calor que o refrigerante libera para o ambiente externo durante a condensação.

Passo 4

Em seguida, vamos determinar o trabalho realizado pelo compressor (W) que está acionando o ciclo. O trabalho é a diferença entre o calor rejeitado e o calor absorvido:
W = Qout - Qin
Substituindo os valores calculados:
W = 652 , kJ - (-798 , kJ) = 1450 , kJ
Esse é o trabalho que o compressor precisa realizar para manter o ciclo de refrigeração funcionando.

Passo 5

Por último, vamos calcular o coeficiente de desempenho (COP) do refrigerador, que nos mostra a eficiência do sistema. O COP é dado pela razão entre o calor retirado do interior e o trabalho realizado:
COP = QinW
Usando os valores que encontramos:
COP = -798 , kJ1450 , kJ approx 0,55
O valor negativo indica que estamos considerando o calor sendo removido, então podemos considerar o valor absoluto para interpretação prática.

Resposta

a) O calor retirado do interior do refrigerador é de 798 kJ por ciclo.

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