Exercícios sugeridos para Ciclos de Refrigeração

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ESTE021-17 – Termodinâmica Aplicada II – Ciclos de Refrigeração 
 
Exercícios sugeridos para Ciclos de Refrigeração 
 
11-13 (Cengel 7ºed) - Um ciclo ideal de refrigeração por compressão de vapor que utiliza 
refrigerante R134a como fluido de trabalho mantém um condensador a 1000 kPa e o 
evaporador a 4ºC. Determine o COP desse sistema e a potência necessária para atender 
uma carga de resfriamento de 400 kW (6,456) 
11-26 (Cengel 7ºed) - Um refrigerador utiliza refrigerante R134a como fluido de trabalho 
e opera no ciclo de refrigeração por compressão de vapor. As pressões do evaporador e 
do condensador são 200 kPa e 1400 kPa, respectivamente. A eficiência isentrópica do 
compressor é de 88%. O refrigerante entra no compressor a uma taxa de 0,025 kg/s 
superaquecido em 10,1ºC e sai do condensador subresfriado a 4,4ºC. Determine, a taxa 
de resfriamento fornecida através do evaporador, a potência fornecida e o COP. (3,318 
kW; -1,217 kW; 2,726) 
11-122 – (Van Wylen 6ºed) A figura abaixo mostra o esboço de um refrigerador, que 
opera com R22, e é acionado por um motor térmico que utiliza gás natural como 
combustível. O rendimento térmico do motor é igual a 25%. O ciclo utilizado no 
refrigerador é o padrão e o R-22 condensa a 40ºC. Sabendo que o refrigerante evapora a 
-20ºC, determine as duas transferências de calor, por quilograma de R22, no ciclo de 
refrigeração. Qual é a relação entre QL e Q1? (0,79) 
 
11-125 – (Van Wylen 6ºed) - Considere uma bomba de calor ideal onde a temperatura 
do condensador e no evaporador são respectivamente, iguais a 50ºC e 0ºC. Determine o 
coeficiente de eficácia dessa bomba de calor para os seguintes fluidos: R-12, R-22 e 
amônia. (5,203; 5,138; 5,43) 
 
 
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11-137 – (Van Wylen 6ºed) - Um trocador de calor pode ser incorporado a um ciclo-
padrão de refrigeração a ar do modo indicado na figura abaixo. Admita que os processos 
de compressão e expansão são adiabáticos e reversíveis. Nestas condições, determine o 
coeficiente de eficácia deste ciclo. (0,573) 
 
 
11-165 – (Van Wylen 6ºed) - Uma maneira de melhorar o desempenho de um ciclo de 
refrigeração, que opera num grande intervalor de temperatura, consiste na utilização de 
um compressor de dois estágios. Considere o sistema ideal de refrigeração deste tipo, 
mostrado na figura abaixo, que utiliza R12 como fluido de trabalho. Líquido saturado sai 
do condensador a 40ºC e é estrangulado até -20ºC. O líquido e o vapor, a esta temperatura, 
são separados e o líquido é estrangulado até a temperatura do evaporador (-70ºC). O vapor 
que sai do evaporador é comprimido até a pressão de saturação correspondente a -20ºC. 
Após esta operação, ele é misturado com o vapor que sai da câmara de evaporação 
instantânea. Pode-se admitir que, tanto a câmara de evaporação instantânea e de mistura, 
estejam isoladas termicamente de modo a impedir qualquer transferência de calor ao 
ambiente. O vapor que deixa a câmara de mistura é comprimido, no segundo estágio do 
compressor, até a pressão de saturação correspondente a temperatura do condensador 
(40ºC). Nestas condições, determine: a) o coeficiente de eficácia deste ciclo; b) o 
coeficiente de eficácia de um ciclo ideal de refrigeração simples, que opera entre as 
mesmas temperaturas do condensador e do evaporador da unidade de compressão. (a) 
1,431; b) 0,9627) 
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10-31 – (Moran & Shapiro 4ºed) A figura abaixo mostra um diagrama esquemático de 
um sistema de refrigeração por compressor de vapor com dois evaporadores utilizando 
fluido refrigerante por compressão de vapor com dois evaporadores utilizando 
Refrigerante R134a como fluido de trabalho. Esse arranjo e utilizado para se obter 
refrigeração a duas temperaturas distintas e com um único compressor e um único 
condensador. O evaporador de baixa temperatura opera a -18ºC e com vapor saturado na 
sua saída, possuindo uma capacidade frigorifica de 10,53 kW. O evaporador de alta 
temperatura produz vapor saturado a 320 kPa na sua saída e possui uma capacidade 
frigorifica de 7 kW. A compressão, até uma pressão do condensador de 1000 kPa, é 
isentrópica. Não existem quedas de pressão significativas nos escoamentos ao longo do 
condensador e dos dois evaporadores, e o refrigerante deixa o condensador como líquido 
saturado a 1000 kPa. Calcule: a) a vazão mássica do refrigerante em cada evaporador, em 
kg/min. b) a potência de acionamento do compressor, kW; c) a taxa de transferência de 
calor do refrigerante que escoa pelo condensador, em kW. (a) 4,775 kg/min; 2,905 
kg/min; b) -5,31 kW; c) -22,84 kW) 
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10-32 – (Moran & Shapiro 4ºed) - Um ciclo de refrigeração ideal é modificado de modo 
a incluir um trocador de calor contracorrente, conforme mostrado na figura abaixo. O 
refrigerante é o R134a deixa o evaporador como vapor saturado a 140 kPa e é aquecido a 
uma pressão constante a 20ºC, antes de entrar no compressor. Seguindo-se uma 
compressão isentrópica a 1200 kPa, o refrigerante passa pelo condensador, saindo a 44ºC 
e 1200 kPa. O líquido passa então pelo trocador de calor, entrando na válvula de expansão 
a 1200 kPa. Se a vazão mássica do refrigerante for de 6 kg/min, determine 
a) capacidade de refrigeração, em kW e TR (15,71 kW; 4,464 TR) 
b) potência de acionamento, em kW (-5,352 kW) 
c) o coeficiente de desempenho (2,936) 
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10-41 – (Moran & Shapiro 4ºed) - A figura abaixo mostra esquematicamente um sistema 
de bomba de calor residencial operando em regime permanente. O refrigerante R22 
circula pelos componentes do sistema, e os dados para propriedades nos estados 
numerados são fornecidos na figura. O compressor opera adiabaticamente. Variações de 
energia cinética e potencial, juntamente com variações de pressão das correntes pelo 
condensador e evaporador são desprezíveis. Determine a) potência necessária ao 
compressor; b) a eficiência isentrópica do compressor; c) o coeficiente de desempenho 
deste sistema. (a) -3,133 kW; b) 0,798; c) 4,808) 
 
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10-28 – (Kroos & Potter 1ºed) O ar de entrada de um motor a jato é desviado para um 
sistema de ar condicionado de gás ideal a 100 kPa e -20ºC, como mostrado na figura 
abaixo. O ar sai do compressor a 600 kPa. O ar entra na turbina a 25ºC. Determine a 
menor temperatura do ciclo e o coeficiente de eficácia deste ciclo. Para uma carga de 
resfriamento da cabine do avião de 3 000 kJ/min, qual a vazão de ar necessária. (-94,61ºC; 
1,494; 0,6684 kg/s) 
 
 
9-95 – (Van Wylen 8ºed) - Um sistema de ar-condicionado no aeroporto de Timbuktu no 
Mali, utiliza o refrigerante R134a e as pressões nas seções de alimentação e descarga do 
compressor são iguais a 200 kPa e 1800 kPa. O sistema de ar condicionado deve resfriar 
o ar externo do deserto de 45ºC para 15ºC. Determine o coeficiente de eficácia para esse 
ciclo. Esse sistema funcionara nestas condições? (2,19)