Uma câmara fria está sendo mantida em 2^circ C, utilizando um sistema de refrigeração por compressão de vapor que usa o R-134a. As temperaturas do evaporador e do condensador são -5^circ C e 40^circ C, respectivamente. A carga de refrigeração é de 20 toneladas. Calcular:
Vazão de refrigerante;

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você tem uma câmara fria mantida a 2^circ C usando um sistema de refrigeração com R-134a. As temperaturas do evaporador e do condensador são -5^circ C e 40^circ C, respectivamente. A carga de refrigeração é de 20 toneladas. Nosso objetivo aqui é calcular a vazão de refrigerante necessária para atender essa carga.
Vamos precisar entender como funciona o ciclo de refrigeração por compressão de vapor, usar as propriedades do R-134a nas temperaturas dadas e aplicar a fórmula que relaciona a carga de refrigeração com a vazão de massa do refrigerante.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que significa a carga de refrigeração. Uma tonelada de refrigeração equivale à quantidade de calor necessária para derreter uma tonelada de gelo em 24 horas. Em unidades mais práticas para engenharia, 1 tonelada de refrigeração é igual a aproximadamente 3,517 kW. Então, 20 toneladas equivalem a:
Q = 20 , toneladas times 3,517 , kWtonelada = 70,34 , kW

Passo 3

Agora, precisamos relacionar essa carga de refrigeração ( Q) com a vazão de massa do refrigerante ( dotm). A fórmula básica que usamos é:
Q = dotm times (h1 - h2)
Onde:
  • Q é a carga de refrigeração (em kW),
  • dotm é a vazão de massa do refrigerante (em kg/s),
  • h1 é a entalpia do refrigerante na saída do evaporador,
  • h2 é a entalpia do refrigerante na saída do condensador.

Passo 4

Para encontrar dotm, precisamos rearranjar a fórmula:
dotm = Qh1 - h2
Mas antes de calcular, precisamos conhecer os valores das entalpias h1 e h2 para o R-134a nas temperaturas dadas. Esses valores geralmente são encontrados em tabelas de propriedades do refrigerante.

Passo 5

Vamos supor que, a -5^circ C (temperatura do evaporador), a entalpia h1 do R-134a saturado seja aproximadamente 250 kJ/kg. E a 40^circ C (temperatura do condensador), a entalpia h2 seja aproximadamente 90 kJ/kg.

Passo 6

Agora, substituímos esses valores na fórmula da vazão de massa:
dotm = 70,34 , kW250 , kJkg - 90 , kJkg = 70,34160 = 0,4396 , kgs

Passo 7

Então, a vazão de massa do refrigerante necessária para manter a carga de refrigeração de 20 toneladas é aproximadamente 0,44 kg/s.

Resposta

A vazão de refrigerante necessária é de 0,44 kg/s.

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