Refrigerante R134a entra no compressor de um refrigerador como superaquecido vapor a
e -10
com uma taxa de
e sai a
e
. O refrigerante é arrefecido no condensador a
e
, sendo expandido até
. Desprezando a transferência de calor e perdas de carga nas linhas de conexão entre os componentes, determine:
d) O coeficiente de desempenho do refrigerador
d) O coeficiente de desempenho do refrigerador
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre o coeficiente de desempenho (COP) de um refrigerador que usa o refrigerante R134a. O que você vai precisar saber aqui são os conceitos de termodinâmica relacionados a ciclos de refrigeração, como funcionamento do compressor, condensador e válvula de expansão, além de entender como calcular o COP. Vamos usar as informações fornecidas sobre pressões, temperaturas e a taxa de massa do refrigerante para chegar à resposta.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os diferentes estados do refrigerante no ciclo de refrigeração:
- Estado 1: Entrada do compressor - vapor superaquecido a 0,14 MPa e -10°C.
- Estado 2: Saída do compressor - a pressão sobe para 0,8 MPa e a temperatura sobe para 50°C.
- Estado 3: Saída do condensador - líquido refrigerante a 0,72 MPa e 26°C.
- Estado 4: Após a válvula de expansão - pressão reduzida para 0,15 MPa.
Passo 3
Agora, vamos entender o que é o coeficiente de desempenho (COP). O COP de um refrigerador é uma medida de eficiência que relaciona a quantidade de calor removido do ambiente refrigerado (Q_c) com o trabalho realizado pelo compressor (W). A fórmula é:
Passo 4
Vamos calcular o trabalho realizado pelo compressor (W). Para isso, precisamos das entalpias nos estados 1 e 2. A fórmula para o trabalho por unidade de massa é:
Onde $ h_2 $ é a entalpia no estado 2 e $ h_1 $ é a entalpia no estado 1. Essas entalpias podem ser encontradas nas tabelas do R134a ou usando diagramas termodinâmicos.
Passo 5
Em seguida, vamos calcular o calor removido do ambiente refrigerado (Q_c). Isso ocorre no evaporador e pode ser calculado usando as entalpias nos estados 1 e 4:
Onde $ h_4 $ é a entalpia no estado 4, após a expansão.
Passo 6
Com as expressões para $ W $ e $ Q_c $, podemos agora substituir na fórmula do COP:
Passo 7
Para obter um valor numérico para o COP, você precisa dos valores das entalpias $ h_1 $, $ h_2 $, e $ h_4 $. Esses valores são geralmente obtidos a partir de tabelas específicas para o refrigerante R134a ou de softwares de termodinâmica.
Resposta
O coeficiente de desempenho (COP) do refrigerador é dado por:
Para obter o valor numérico, substitua as entalpias correspondentes nos estados 1, 2 e 4 a partir das tabelas do R134a.