CONTEXTUALIZAÇÃO Você foi contratado como engenheiro mecânico especialista em sistemas térmicos para realizar

CONTEXTUALIZAÇÃO

Você foi contratado como engenheiro mecânico especialista em sistemas térmicos para realizar uma auditoria energética em um hospital de médio porte, localizado em uma região de clima quente e úmido, onde a demanda por climatização é elevada durante praticamente todo o ano.

Nesse ambiente, o controle de temperatura e umidade é crítico, especialmente em áreas de ambientes hospitalares, como:

- Centros cirúrgicos.

- Unidades de terapia intensiva (UTI).

- Laboratórios e armazenamento de medicamentos.

- Áreas de internação.


Falhas ou variações nas condições térmicas podem comprometer não apenas o conforto dos ocupantes, mas também a segurança dos pacientes e a conservação de insumos hospitalares.

O sistema de climatização existente foi instalado há aproximadamente 18 anos e opera continuamente. Nos últimos anos, a administração do hospital observou:

- Aumento significativo no consumo de energia elétrica.

- Redução da capacidade de resfriamento em horários de pico.

- Necessidade frequente de manutenção corretiva.

Diante desse cenário, foi solicitada uma avaliação técnica detalhada para verificar o desempenho do sistema e identificar oportunidades de melhoria ou substituição (retrofit).

O sistema analisado opera com um ciclo de compressão de vapor, utilizando o fluido refrigerante R-134a, composto pelos seguintes elementos principais:

- Compressor.

- Condensador.

- Válvula de expansão.

- Evaporador.

Durante a inspeção, foram coletados os seguintes dados operacionais: 

- O fluido refrigerante entra no compressor como vapor superaquecido a 0,10 MPa e -5 °C.

- Após a compressão, o fluido atinge 0,90 MPa.

- No condensador, o fluido é resfriado até líquido saturado.

- Em seguida, passa pela válvula de expansão, reduzindo sua pressão para 0,10 MPa.

- A carga térmica que o sistema atende é de 12 kW. 

Com base nesses dados, seu objetivo é apresentar um diagnóstico detalhado, apontando as principais deficiências do sistema e propondo soluções que garantam maior eficiência energética, conforto ambiental e redução dos custos operacionais (despreze a perda de carga e a transferência de calor nas linhas de conexão entre os elementos do sistema).

Diante dessas informações, determine os seguintes parâmetros para o sistema:

1 – Esboce um diagrama PxH para o ciclo proposto.

2 – Calcule a vazão mássica, em kg/s, de fluido refrigerante necessária para atender à carga térmica.

3 – Calcule a potência requerida pelo compressor, em kW.

Sabendo que atualmente sistemas mais comuns operam com um COP de aproximadamente 4,5, você avalia que o sistema está operando de maneira adequada ou ainda é possível melhorar o sistema? Justifique sua resposta.