Refrigerante-134a entra no condensador de uma bomba de calor residencial a 800 kPa e 35^circ C, a uma taxa de 0,018 kg / s e deixa a 800 kPa como um líquido saturado. Se o compressor consome 1,2 kW de potência, determinar (a) a COP da bomba de calor e (b) a taxa de absorção de calor do ar exterior. Resposta: a) 2,63 ; b) 2 kW

Passo 1

Beleza, vamos resolver um ciclo de bomba de calor usando R-134a. O enunciado diz que o fluido entra no condensador a 800 kPa e 35 °C (estado 1), flui a 0,018 kg/s, sai como líquido saturado a 800 kPa (estado 2) e o compressor consome 1,2 kW.
Conteúdo: Termodinâmica de ciclos de refrigeração/bomba de calor – balanços de energia nos componentes e propriedades do refrigerante.
O que vamos precisar:
  1. Entalpias nos estados 1 (vapor superaquecido) e 2 (líquido saturado) a 800 kPa.
  2. Relações de balanço de energia:
    – Q̇_cond = m·(h₁ − h₂)
    – Q̇_evap = m·(h₄ − h₃) (mas h₃ = h₂ por expansão isotérmica)
    – W_com = m·(h₁ − h₄) (dado W_com = 1,2 kW)
  3. Definição de COP: COP = Q̇_cond / W_com

Passo 2

Buscar as entalpias em tabelas de R-134a a 800 kPa:
– Estado 1: superaquecido a T₁ = 35 °C e P₁ = 800 kPa ⇒ h₁ ≈ 427,5 kJ/kg
– Estado 2: líquido saturado a P₂ = 800 kPa ⇒ h₂ = h_f ≈ 251,2 kJ/kg
Explicando: h₁ e h₂ vêm direto das tabelas de propriedades (superaquecido e líquido saturado, respectivamente).

Passo 3

Calcular a taxa de calor rejeitada no condensador (que é o calor útil da bomba):
Q̇_cond = m·(h₁ − h₂)
Substituindo:
Q̇_cond = 0,018 kg/s · (427,5 − 251,2) kJ/kg
Q̇_cond = 0,018 · 176,3 = 3,17 kW

Passo 4

(a) COP da bomba de calor = Q̇_cond / W_com
COP = 3,17 kW / 1,20 kW = 2,64
(b) Taxa de calor absorvido do ar exterior (evaporador):
Q̇_evap = Q̇_cond − W_com (primeiro princípio para o ciclo)
Q̇_evap = 3,17 − 1,20 = 1,97 kW

Resposta

a) COP ≃ 2,63 (ou 2,64)
b) Taxa de absorção de calor ≃ 2,0 kW

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