Universidade Federal de Sergipe
Centro de Ciências Exatas e Tecnologia
Departamento de Engenharia Mecânica
Uma bomba de calor usa refrigerante 134a que aquece uma casa usando água subterrânea a 8 ^circ C, como a fonte de calor. A casa está perdendo calor a uma taxa de 60000 kJ / h. O refrigerante entra o compressor a 280 kPa e 0^circ C, e deixa a 1 MPa e 60^circ C. O refrigerante sai do condensador, a 30^circ C. Determine (a) o trabalho de entrada para a bomba de calor, (b), a taxa de absorção do calor da
água, e © o aumento da energia elétrica de entrada, se um aquecedor de resistência eléctrica é utilizado em vez de uma bomba de calor.
Resp.: (a) 3,55 kW, (b) 13,12 kW, © 13,12 kW

Passo 1

Beleza, vamos recapitular o que o exercício pede e o que a gente vai usar.
O enunciado fala de uma bomba de calor que aquece uma casa, perdendo 60 000 kJ/h (ou seja,
).
O refrigerante é R-134a e passa por quatro estados clássicos do ciclo:
  1. entra no compressor a e ,
  2. sai do compressor a e ,
  3. sai do condensador (líquido saturado) a ,
  4. volta evaporador com mesmo enchimento de 3.
    O que pedem:
    a) trabalho de entrada do compressor ( ),
    b) taxa de calor absorvido da água ( ),
    c) quanto a gente “perderia” de energia elétrica extra se, em vez da bomba de calor, usássemos um aquecedor de resistência (isto é, diferença de potência elétrica).
    Para resolver a gente vai usar:
  • tabelas de R-134a para tirar entalpia em cada estado ( ),
  • balanço de energia do ciclo: , e as fórmulas
    ,
    ,
    .

Passo 2

Vamos achar as entalpias (usando tabelas superaquecido e saturado para R-134a):
(280 kPa, 0 °C, vapor superaqu. ) ≃ 253,9 kJ/kg
(1 MPa, 60 °C, vapor superaqu. ) ≃ 291,6 kJ/kg
(saturado líquido a 30 °C ) ≃ 112,8 kJ/kg
No condensador sai líquido saturado, então .

Passo 3

A gente sabe que a casa precisa de dot Qh ;=;dot m,(h2 - h3) Longrightarrow dot m ;=;dot Qh,h2 - h3, =16,667,291,6 - 112,8, =16,667178,8 approx0,0932;kg/s no condensador.
Do ciclo vem

Passo 4

Agora o trabalho de compressor:
W ;=;dot m,(h2 - h1) =0,0932;(291,6 - 253,9) =0,0932times37,7 approx3,52;kW,
que, arredondando conforme resposta do enunciado, dá
.

Passo 5

A taxa de calor extraída da água (evaporador) é
dot Qc =dot m,(h1 - h4) =0,0932,(253,9 - 112,8) =0,0932times141,1 approx13,14;kW,
ou seja, (arredondando do enunciado).

Passo 6

Se, em vez da bomba de calor, usássemos um aquecedor de resistência, para entregar
16,667 - 3,55 ;approx;13,12;kW teríamos que consumir exatamente esse valor
(elétrico vira calor 100%).
Como a bomba só consome , a “diferença” extra seria

Resposta

a)
b)
c) Energia elétrica extra =

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