Um Engenheiro de Alimentos está projetando um sistema de refrigeração por compressão de vapor, para uma câmara fria que armazenará produtos lácteos sensíveis à temperatura. O refrigerante utilizado é o R-134a. O sistema opera com uma temperatura de evaporação de -10°C e uma temperatura de condensação de 40°C. Acredita-se que o compressor opera adiabaticamente e com 85% de eficiência isentrópica. Deseja-se, assim, determinar a qualidade do vapor na saída do evaporador e o Coeficiente de Performance (COP) do ciclo de refrigeração. Considere os seguintes dados para R-134a:

• A -10°C (saturado): hf=28,66 kJ/kg, hg =244,79 kJ/kg, sf=0,1130 kJ/kg.K, sg =0,9371 kJ/kg.K.

• A 40°C (saturado): hf=108,31 kJ/kg, hg =263,40 kJ/kg, sf=0,3948 kJ/kg.K, sg =0,8794 kJ/kg.K.

• No estado de saída isentrópica do compressor (s2s =s1), para uma pressão de 1017 kPa (saturação a 40°C): h2s a s2s=0,9371 kJ/kg.K (superaquecido): h2s ≈282,1 kJ/kg (obtido por interpolação em tabelas de vapor superaquecido de R-134a para s=0,9371 e P=1017 kPa).

Assumindo que o refrigerante, na saída do evaporador, está a uma qualidade de 100% (vapor saturado seco) para maximizar o efeito de refrigeração e evitar danos ao compressor, o COP real do ciclo de refrigeração é:

Um ciclo Stirling ideal opera entre temperaturas de 400 K e 1200 K. Se o trabalho líquido realizado por ciclo é de 600 kJ/kg, o calor rejeitado pelo ciclo, em kJ/kg, é:

Em um motor de combustão interna, a eficiência mecânica é definida como:

Uma turbina a vapor opera com uma eficiência isentrópica de 90%. O vapor entra na turbina a 4 MPa e 350 °C , com entalpia de 3090 kJ/kg. A entalpia do vapor na saída da turbina ideal (isentrópica) é 2200 kJ/kg. Logo, a entalpia real na saída da turbina, em kJ/kg, é:

Um ciclo Diesel ideal tem uma taxa de compressão de 16 e uma razão de corte de combustível de 2. A temperatura no início da compressão é 300 K. Considerando o ar como gás ideal com k=1,4 , e assumindo que 16^0,4≈3 e (1/8)0,4 ≈0,43, a temperatura no final da expansão, em K, é:

Um motor de combustão interna de quatro tempos, quatro cilindros, tem um diâmetro de 100 mm e um curso de 100 mm. A cilindrada do motor, em litros, é:
Obs.: Considere π≈3,0.

Um freezer tem um COP de 3,0 e uma capacidade de refrigeração de 12 kW. A temperatura interna do freezer é −20 °C e a temperatura ambiente é 30 °C. Nesse sentido, a taxa de rejeição de calor para o ambiente, em kW, é:

Em um sistema de refrigeração por compressão de vapor, a subrefrigeração do líquido, antes da válvula de expansão, age de forma principal (sobre o desempenho) no ciclo ideal:

Um refrigerador opera em um ciclo por compressão de vapor com R-22. A taxa de remoção de calor do espaço refrigerado é de 30 kW. O compressor consome 6 kW de potência. O calor transferido pelo condensador é de 36 kW. Logo, o COP do refrigerador é:

Um ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal usa R-134a. O evaporador opera onde a entalpia do líquido saturado é 30 kJ/kg. O condensador opera onde a entalpia do líquido saturado é 100 kJ/kg. A entalpia do vapor saturado na entrada do compressor é 250 kJ/kg. A entalpia do refrigerante na entrada do evaporador, em kJ/kg, é: