Enunciado

36. Um sistema de refrigeração opera no ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal utilizando amônia como refrigerante. As pressões do evaporador e do condensador são de 200 kPa e 2.000 kPa, respectivamente. As temperaturas dos meios a baixa e a alta temperatura são -9 °C e 27 °C, respectivamente. Considerando que a taxa de calor rejeitado no condensador é 18,0 kW, determine (a) a vazão volumétrica de amônia na entrada do compressor, em L/s; (b) a potência fornecida, e o COP; e (c) a eficiência de segunda lei do ciclo e a destruição total da exergia no ciclo. As propriedades da amônia nos diferentes estados são as seguintes: h1 = 1.439,3 kJ/kg, s1 = 5,8865 kJ/ kg.K, v1 = 0,5946 m3/kg, h2 = 1.798,3 kJ/kg, h3 = 437,4 kJ/kg, s3 = 1,7892 kJ/kg.K, s4 = 1,9469 kJ/kg.K. Nota: estado 1: entrada do compressor; estado 2: saída do compressor; estado 3: saída do condensador; estado 4: entrada do evaporador.

Passo 1

Letra (a)

Como nos foi dado informações sobre a taxa de calor que sai do condensador, podemos fazer um balanço de energia no mesmo e a partir desde encontrar a vazão volumétrica de amônia que será a mesma que vamos ter na entrada do compressor:

Q ˙ q u e n t e = m ˙ a m ô n i a ∆ h

Q ˙ q u e n t e = m ˙ a m ô n i a h 3 - h 2

- 18   k W = m ˙ a m ô n i a 437,4 - 1798,3 k J k g

  m ˙ a m ô n i a = 0,01323 k g s

Como ele pede em L/s e nos da informações sobre volume específico, podemos utilizar o seguinte:

q a m ô n i a = m ˙ a m ô n i a ρ a m ô n i a

q a m ô n i a = m ˙ a m ô n i a v a m ô n i a = 0,01323 k g s 0,5946 m 3 k g = 7,87 L s

Passo 2

Letra (b)

A potencia fornecida pode ser determinada mediante a um balanço de energia no compressor:

W ˙ e n t r a = m ˙ h 2 - h 1 = 4,75   k W

O COP será dado por:

C O P = Q ˙ f r i o W ˙ e n t r a

Porém, não temos o calor frio, sendo assim para isso podemos obter a partir de um balanço de energia no evaporador:

Q ˙ f r i o = m ˙ h 1 - h 4 = 13,25 k W

Substituindo na equação chegamos em:

C O P = 13,25 k W 4,75   k W = 2,79

Passo 3

Letra (c)

A exergia do calor transferido do meio de baixa temperatura é:

E x q f r i o = - q f r i o 1 - T 0 T f r i a = - 13,25 1 - 300 264 = 1,81 k W

A eficiência de segunda lei é dada por:

η I I = 1,81 k W 4,75   k W = 0,381 = 38,1 %

A destruição total de exergia no ciclo é a diferença entre a exergia fornecida (entrada de energia) e a exergia recuperada (a exergia do calor transferido do meio de baixa temperatura):

E ˙ X d e s t r u i ç ã o = W ˙ e n t r a - W ˙ ú t i l = 4,75 - 1,81 = 2,94   k W

Resposta

  1. q a m ô n i a = 7,87 L s
  2. W ˙ e n t r a = 4,75   k W e C O P = 2,79
  3. η I I = 38,1 % e E ˙ X d e s t r u i ç ã o = 2,94   k W
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