Enunciado

Um ciclo de refrigeração por absorção de água-amônia é usado para manter um espaço a 25 °F, sob uma temperatura ambiente de 70 °F. Amônia pura entra no condensador a 300 psia e 140 °F a uma taxa de 0,04 lbm/s. A amônia que sai do condensador como líquido saturado é expandida até 30 psia; já a amônia saindo do evaporador é vapor saturado. Calor é fornecido ao gerador por água geotérmica líquida que entra a 240 °F a uma taxa de 0,55 lbm/s e sai a 200 °F. Determine (a) a taxa de resfriamento fornecida pelo sistema, em Btu/h, bem como o COP, e (b) a eficiência de segunda lei do sistema. As entalpias da amônia nos vários estados do sistema são: entrada do condensador h 2 = 665,7 Btu/lbm, entrada do evaporador h 4 = 190,9 Btu/lbm, saída do evaporador h 1 = 619,2 Btu/lbm. Considere também que o calor específico da água geotérmica é 1,0 Btu/lbm°F.

Passo 1

Letra a)

Oi pessoal, tudo bem?

Bem, sabemos a taxa de resfriamento fornecida pelo sistema de refrigeração pode ser dada por:

Q ˙ L = m ˙ R h 1 - h 4 = 0,04 l b m s 619,2 - 190,9 B t u l b m = 17,13   B t u / s → Q ˙ L = 71700 B t u h

O COP do sistema pode ser descrito como:

C O P R e a l = Q ˙ L Q ˙ g e o

E, para encontrar o valor de Q ˙ g e o , lembremos da equação:

Q ˙ g e o = m ˙ g e o c p T g e o ,   e n t - T g e o ,   s a i = 0,55 * 1 * 240 - 200 = 22   B t u s

Então:

C O P R e a l = 17,13   B t u / s 22   B t u / s     → C O P R e a l = 0,779

Passo 2

Letra b) Assim como no problema anterior, podemos encontrar a eficiência da segunda lei do sistema pela razão entre o C O P R e a l e o C O P R , m a x (COP encontrado pela fórmula da máxima performance que o sistema de refrigeração por absorção pode ter). Assim, o C O P R ,   m a x pode ser descrito como:

C O P R , m a x = 1 - T 0 T s T L T 0 - T L

Lembrando que T L ,   T 0 e T s são as temperaturas termodinâmicas do espaço refrigerado, do

ambiente e da fonte de calor, respectivamente.

Então:

C O P R , m a x = 1 - 70 + 460 220 + 460 25 + 460 70 - 25 = 2,38

Obs: Para o sistema americano, é utilizado o Rankine (R) para medida de temperatura padrão. E, para a conversão de ° F para R são aproximadamente R = F + 460

Assim, podemos determinar a eficiência da segunda lei:

η I I = C O P r e a l C O P R ,   m a x = 0 , 779 2,38             → η I I = 32,8   %

Resposta

Portanto:

Letra a) Q ˙ L = 71700 B t u h ; C O P R e a l = 0,779

Letra b) η I I = 3 2 , 8   %

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