Enunciado

Uma bomba de calor de pequeno porte é utilizada para aquecer a água de alimentação de um processo, Admita que a unidade utilize R - 22 e que opera segundo um ciclo ideal. A temperatura no evaporador é 15   ° C e a no condensador é 60 ° C . Sabendo que a vazão necessária de água é 0.1   k g / s , determine a quantidade de energia economizada pela utilização da bomba de calor (em vez da utilização de aquecimento direto da água, de 15 a 60 ° C .)

Passo 1

Fala ae turminha, tudo firmeza? De firme só basta nossa confiança, os dias de glória virão (Frases dos abençoados); Nesse problema, começaremos analisando o diagrama do ciclo de refrigeração abaixo:

Com isso, sabemos que T 1 = 15 ° C e T 3 = 60 ° C . Agora obteremos os dados disponíveis na tabela B . 4.1 de acordo com os dados obtidos no enunciado, se liga só:

h 1 = 255.02   k J / k g , s 2 = s 1 = 0.9062   k J / k g   K

T 2 = 78.4 ° C , h 2 = 282.86   k J / k g

P 2 = P 3 = 2.427   M P a , h 3 = 122.18   k J / k g

Estabelecido os dados que serão utilizados, dá uma olhada nas equações que usaremos:

w C = h 2 - h 1 (1)

q H = h 2 - h 3 (2)

Q ˙ H 2 O = m ˙ ( ∆ h ) (3)

W ˙ I N = Q ˙ H 2 O ( w C / q H ) (4)

Bem, com tudo isto estabelecido, nós agora podemos ir para o problema!

Passo 2

Começaremos calculando w c utilizando a equação (1):

w C = h 2 - h 1

w C = 282.86 - 255.02

w C = 27.84   k J / k g

Agora obteremos o valor de q H por meio da equação (2):

q H = h 2 - h 3

q H = 282.86 - 122.18

q H = 160.68   k J / k g

Usaremos a equação (3) para calcular a quantidade de calor necessária para aquecer 0.1   k g / s de água de 15 ° C até 60 ° C :

Q ˙ H 2 O = m ˙ ( ∆ h )

Q ˙ H 2 O = m ˙ ( h 60 ° C - h 15 ° C )

Q ˙ H 2 O = 0.1 ( 251.11 - 62.98 )

Q ˙ H 2 O = 18.81   k W

Utilizando a equação (4) podemos calcular o quanto de energia a bomba de calor utilizará:

W ˙ I N = Q ˙ H 2 O ( w C / q H )

W ˙ I N = 18.81 ( 27.84 / 60.68 )

W ˙ I N = 3.26   k W

A quantidade de energia economizada pela utilização da bomba de calor equivale a Q ˙ H 2 O - W ˙ I N = 18.81 - 3.26 = 15.55 k W !

PRONTINHO, questão feita com sucesso, fácil, rápido, eficiente! Até a próxima galera!

Resposta

15.55 k W

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