Universidade Federal de Sergipe
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia
Departamento de Engenharia Mecânica
Uma bomba de calor que opera em ciclo ideal por compressão de vapor com refrigerante-134a é utilizado para aquecer a água de 15 para 45^circ C a uma taxa de 0,12 kg / s. As pressões no condensador e no evaporador são de 1,4 e 0,32 MPa, respectivamente. Determinar a potência de entrada para a bomba de calor.
Resp.: (a) 2,97 kW

Passo 1

Beleza, então o que o enunciado diz é: uma bomba de calor ideal de compressão de vapor usa R-134a pra esquentar água de 15 °C até 45 °C a 0,12 kg/s. As pressões do evaporador e do condensador são, respectivamente, 0,32 MPa e 1,4 MPa. A parada toda é de ciclo ideal, ou seja, a compressão é isentrópica. Nosso conteúdo é Termodinâmica (ciclo de compressão de vapor). Vamos precisar das tabelas de propriedades do R-134a (h e s em cada pressão) e da primeira lei da termodinâmica em regime estacionário pra fluxo de massa.

Passo 2

Mapeando o ciclo em 4 estados:
  1. Saída do evaporador: vapor saturado a 0,32 MPa → entalpia dot Win = dot m ,(h2s - h1) e entropia .
  2. Após o compressor (isentrópico) a 1,4 MPa → estado 2s com e entalpia .
  3. Condensador: líquido saturado a 1,4 MPa → entalpia .
  4. Expansão (válvula de estrangulamento) retorna ao ponto 1 (não precisa de entalpia pro nosso trabalho).
Como é ideal, a potência de entrada é

Passo 3

Vamos buscar nas tabelas de R-134a:
A 0,32 MPa (estado 1):
- Vapor saturado:
h1 = 395,3;kJ/kg, s1 = 1,752;kJ/(kg,K)
A 1,4 MPa (condensador, estado 3):
- Líquido saturado:
h3 = 272,7;kJ/kg

Passo 4

Como a compressão é isentrópica, no estado 2s temos h2s approx 420,0;kJ/kg . Isso está acima do dot Win = dot m,(h2s-h1) = 0,12;kg/s,l(420,0 - 395,3r);kJ/kg approx 0,12 times 24,7 ;kW approx 2,97;kW do vapor saturado a 1,4 MPa, então o fluido sai superaquecido. Nas tabelas superaquecidas de R-134a a 1,4 MPa e obtemos aproximadamente
Agora a potência de entrada é

Resposta

A potência de entrada da bomba de calor é aproximadamente .

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