Enunciado

Um refrigerador reversível por absorção consiste em uma máquina térmica reversível e um refrigerador reversível. O sistema remove calor de um espaço resfriado a 15 °C a uma taxa de 70 kW. O refrigerador opera em um ambiente a 25 °C. Considerando que o calor é fornecido ao ciclo por vapor saturado e condensado a 150 °C, determine (a) a taxa com a qual o vapor se condensa e (b) a entrada de potência no refrigerador reversível. (c) Considerando que o COP de um resfriador (chiller) real por absorção nos mesmos limites de temperatura tem um COP de 0,8, determine a eficiência da segunda lei da termodinâmica para esse resfriador.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem?

Bem, o esboço do refrigerador pode ser:

Primeiramente, como foram dadas as temperaturas ambiente e do calor fornecido, podemos encontrar a eficiência da máquina térmica:

η = 1 - T 0 T s = 1 - 298 423 = 0,2955

O maior COP que o refrigerador pode ter é definido por:

C O P R , m a x = 1 - T 0 T s T L T 0 - T L         o u         C O P R , m a x = η * 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, transformando os valores das temperaturas para Kelvin e substituindo na equação, temos:

C O P R , m a x = 0,2955 258 29 8 - 258 = 1 , 906

Passo 2

Letra a) Sabemos também, que o COP do refrigerador pode ser definido como:

C O P R , m a x = Q ˙ L Q ˙ G e r

Então:

Q ˙ e n t = Q ˙ L C O P R , m a x

Como a taxa de calor removido já foi informado e o COP encontrado, podemos descobrir a taxa máxima de calor que pode ser fornecido, assim:

Q ˙ e n t = 70   K W 1,906 =   36,72   K W

Devemos lembrar também, que a vazão mássica pode ser informada como:

m ˙ s = Q ˙ e n t h f g

Em que h f g é a entalpia de vaporização para a água a 150 0 C . Da tabela A-4 do livro texto, podemos encontrar h f g = 2113,8 K J k g . Então:

m ˙ s = 36,72   K W 2113,8 K J k g       → m ˙ s = 0,0174 k g s

Passo 3

Letra b) A entrada de potência no refrigerador reversível pode ser definida como:

W ˙ e n t = W ˙ s a i = η * Q ˙ e n t

Então, substituindo os valores, temos:

W ˙ e n t = 0,2955 * 36,72       →     W ˙ e n t = 10,9   K W

Passo 4

Letra c) Para a análise da eficiência da segunda lei da termodinâmica para esse resfriador, podemos:

η I I = C O P r e a l C O P R ,   m a x = 0,8 1,906             → η I I = 42   %

Resposta

Portanto:

Letra a) m ˙ s = 0,0174 k g s

Letra b) W ˙ e n t = 10,9   K W

Letra c) η I I = 42   %

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

É possível mostrar que a eficiência térmica de uma usina de potência de ciclo combinado gás-vapor η c c pode ser expressa pelas eficiências térmicas dos ciclos de turbina a gás e a vapor como η c c =
Mostre que a eficiência térmica de uma usina de potência de ciclo combinado gás-vapor η c c pode ser expressa como η c c = η g + η v - η g η v Onde η g = W g Q e n teη v = W v Q g , s a i correspondem
Descreva os efeitos de Seebeck e Peltier.
A eficiência de um gerador termoelétrico é limitada pela eficiência de Carnot? Por quê?
Um sistema de refrigeração por compressão de vapor com um único compressor pode processar vários evaporadores que operam a diferentes pressões? Como?