Refrigerante R134a entra no compressor de um refrigerador como superaquecido vapor a 0,14 MPa e -10 ^circ C com uma taxa de 0,05 kg / g e sai a 0,8 MPa e 50^circ C. O refrigerante é arrefecido no condensador a 26 ^circ C e 0,72 MPa, sendo expandido até 0,15 MPa. Desprezando a transferência de calor e perdas de carga nas linhas de conexão entre os componentes, determine:
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:
COP = QcW

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:
W = h2 - h1
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:
Qc = h1 - h4
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:
W

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:
COP = h1 - h4h2 - h1
Para obter o valor numérico, substitua as entalpias correspondentes nos estados 1, 2 e 4 a partir das tabelas do R134a.

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