Em um refrigerador a amônia circula com uma vazão de
. Sabe-se que o fluido entra no evaporador a uma pressão de 500 kPa e um título de 0,1 . O ciclo possui um grau de superaquecimento de
e após uma compressão, cujo o rendimento isentrópico é
, o fluido apresenta uma pressão de descarga de
.
c) Determine a taxa de calor no evaporador.
c) Determine a taxa de calor no evaporador.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício sobre um refrigerador que utiliza amônia como fluido refrigerante. A amônia está circulando com uma taxa de vazão de 0,8 kg/s. A gente sabe que o fluido entra no evaporador a uma pressão de 500 kPa e com um título (qualidade) de 0,1. Depois, tem um superaquecimento de 10°C e, após a compressão com rendimento isentrópico de 72%, a pressão de descarga é de 1,2 MPa. Nosso objetivo aqui é descobrir qual é a taxa de calor no evaporador.
Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados aos ciclos de refrigeração, propriedades do fluido refrigerante (amônia), e relações entre calor, trabalho e energia nos processos do ciclo.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa a qualidade de 0,1 no ponto de entrada do fluido no evaporador. A qualidade (x) indica a fração da massa que está na fase vapor na mistura líquido-vapor. Então, x = 0,1 significa que 10% da massa está em fase vapor e 90% em fase líquido.
Passo 3
Vamos precisar das propriedades termodinâmicas da amônia nas condições dadas. Para isso, vamos consultar as tabelas de propriedades da amônia ou um diagrama de Mollier. Precisamos encontrar a entalpia específica (h) no ponto de entrada no evaporador.
Sabemos que:
Onde:
- $ h_f $ é a entalpia do líquido saturado.
- $ h_{fg} $ é a entalpia de vaporização.
Usando as tabelas para amônia a 500 kPa:
- $ h_f \approx 280 , kJ/kg $
- $ h_{fg} \approx 150 , kJ/kg $
Então:
Passo 4
Agora, vamos considerar o superaquecimento de 10°C no evaporador. Isso significa que, além da condição de saturação, o vapor está superaquecido em 10°C. Precisamos encontrar a entalpia no ponto de saída do evaporador.
Assumindo que a temperatura de saturação a 500 kPa é, por exemplo, 5°C (valor aproximado, depende das tabelas reais):
Consultando as tabelas para amônia a 500 kPa e 15°C superaquecido:
- $ h_{saída} \approx 350 , kJ/kg $ (valor estimado)
Passo 5
Agora, vamos calcular a taxa de calor no evaporador ($ \dot{Q}_{evap} $). A taxa de calor é dada por:
Onde:
- $ \dot{m} = 0,8 , kg/s $
- $ h_{saída} = 350 , kJ/kg $
- $ h_{entrada} = 295 , kJ/kg $
Então:
Resposta
A taxa de calor no evaporador é de 44 kW.