Enunciado

Uma bomba de calor acoplada ao solo opera segundo um ciclo por compressão de vapor ideal utilizando refrigerante-134a como fluido de trabalho. Essa bomba de calor tem um COP igual a 6 nesse modo de resfriamento, e mantém um espaço a 25 °C quando absorve calor do espaço a uma taxa de 18 kW no evaporador. O evaporador opera a 20 °C, e o condensador opera a 1.400 kPa. A água do solo tirada de um poço a uma taxa de 0,32 kg/s absorve o calor transferido do fluido refrigerante no condensador.

(a) Faça um esboço dessa bomba de calor e do seu diagrama T-s.

(b) Se a água do solo entra no condensador a 10 °C, qual será a temperatura da água de resfriamento quando for retornada para o solo? Considere c p = 4,18 K J k g K para a água de resfriamento.

(c) Determine o COP da bomba de calor.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem?

Bem, para o problema, podemos esboçar o diagrama T-s como:

Passo 2

Assim, sabemos que o estado 1 encontra em vapor saturado e T 1 = 20 0 C , da tabela A-11:

h 1 = 2 61,59   K J k g

E assumindo que há estrangulamento de 3-4, e que h 3 se encontra em líquido saturado com P 3 = 1,4   M P a , temos h 4 = h 3 = 1 27,2 K J k g

Sabendo que o COP da bomba pode ser representado por:

C O P b o m b = Q ˙ L W ˙ = Q ˙ L Q ˙ H - Q ˙ L   → Q ˙ H = Q ˙ L 1 + 1 C O P     → Q ˙ H = 21   K W

E sabemos também que a taxa de fornecimento de calor é dada por:

Q ˙ H = m ˙ h 2 - h 3 = m ˙ c p ( T 2 - T 1 )

Portanto, rearranjando os termos:

T 2 = T 1 + Q ˙ H m ˙ c p = 283 + 21000 0,32 * 4,18   → T 2 = 298,7   K   o u   25,7   0 C

Passo 3

Para a letra c):

O COP da bomba de calor, como já vimos:

C O P = Q ˙ H Q ˙ H - Q ˙ L = 21 21 - 18   → C O P = 7

Resposta

Portanto:

T 2 = 298,7   K   o u   25,7   0 C

C O P = 7

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