Questão 2764261

• Banca: UFPR
• Órgão: UFPR
• Ano: 2018
• Provas: UFPR - 2018 - UFPR - Engenheiro Mecânico
• Disciplina: Engenharia Mecânica
• Assuntos: Leis e Propriedades da Termodinâmica; Sistemas de Refrigeração (ciclo, componentes e psicrometria); Sistemas Termomecânicos; Termodinâmica

Considere o ciclo termodinâmico de uma máquina frigorífica que opera em regime permanente e sem variações de energia cinética e potencial, cuja carga térmica que o evaporador deve retirar é de 10 kW. O fluido refrigerante entra no compressor adiabático com uma entalpia de 100 kJ/kg e 1 bar de pressão, e é comprimido a uma pressão de 10 bar e uma entalpia correspondente de 120 kJ/kg. O fluido é então condensado à pressão constante até o estado de líquido saturado, em que a entalpia específica cai para 50 kJ/kg. Após o condensador, o fluido passa por uma válvula de expansão isentálpica, que faz a pressão cair para a pressão do evaporador. Com base nessas informações, o coeficiente de performance do sistema frigorífico (β) é:

• A. 1,5.
• B. 2,5.
• C. 3,5.
• D. 4,0.
• E. 4,5.

Gabarito: B

Comentários

• 1) Evaporador (Pressão const.) ---->  h_entra = 50kJ/kg (é o mesmo que entra/sai da vávula de expansão)    e    h_sai = 100kJ/kg

  QL = 10kW (dado no enunciado)

  Vazão mássica (kg/s) ----> QL = m.(h_sai - h_entra) ----> m = 10/50 = 0,2kg/s

   

  2) Compressor -----> h_entra = 100kJ/kg   e   h_sai = 120kJ/kg  ----> Wc = m.(h_sai - h_entra) ----> Wc = 0,2(120 -100) ---> Wc = 4kW

   

  3) Condensador (Pressão const.)

   

  4) Válvula de Expansão (Entalpia const.)  -----> h_entra = h_sai = 50kJ/kg

   

  COP = QL/Wc

  COP = 10/4  ------> COP = 2,5

• Como a vazão mássica é a mesma tanto para o compressor quanto evaporador, não é necessário descobrir a vazão mássica.

  COP=Qevap/Wcomp=(hs_evap-he_evap)/(hs_comp-he_comp)

  COP=(100-50)/(120-100)=2,5

• A questão pode ser resolvida apenas pela razão entre as diferenças nas entalpias de evaporação e de compressão:]

  COP = (100-50)/(120-100) = 2,5. Nesse caso, não é necessário se calcular a vazão mássica do sistema, embora ela possa ser descoberta em função da carga térmica e das entalpias de entrada e saída do evaporador.

• COP = 100 - 50/ 120 - 100 = 2,5

• COP = Qa / Wc

  COP = m (h1-h4) / m (h2-h1)

  COP = h1-h4 / h2-h1

  para o problema deve ser observada outras relações:

  na expansão: h3=h4 (isoentalpica).

  CICLO DE COMPRESSÃO DE VAPOR

  COMPRESSÃO = Wc = m (h2-h1) = TRABALHO

  CONDENSAÇÃO = Qr = m (h2-h3) = CALOR REJEITADO

  EXPANSÃO = h3 = h4 (entalpia constante)

  EVAPORAÇÃO = Qa = m (h1-h4) = CALOR ABSORVIDO

• O fluido não entra no condensador com entalpia de 120? Logo não deveria ser (120 - 50) / (120-100) = 3,5?

• Meu raciocínio foi o seguinte:

  Fluido entra no compressor com h1=100 e sai com h2=120

  Após o compressor(h2) o fluido entra no condensador e sai com h3=50

  Após o fluido passa pela válvula de expansão isoentalpica, logo h3=h4=50

  Rendiment0=QL/W

  QL=h1-h4=100-50=50

  W=h2-h1=120-100=20

  Rendimento=50/20=2,5