O refrigerante-134a deve ser resfriado pela água em um condensador. O refrigerante entra no condensador com um fluxo de massa de 8 kg / min a 1,6 MPa e 70^circ C e sai a 35^circ C. A água de resfriamento entra a 300 kPa e 15^circ Ce sai a 30^circ C. Desprezando quaisquer quedas de pressão, determine (a) o fluxo de massa necessário de água de resfriamento e (b) a taxa de transferência de calor do refrigerante para a água.

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você tem um exercício de termodinâmica envolvendo um refrigerante, o R-134a, que precisa ser resfriado pela água em um condensador. A gente vai precisar usar conceitos de balanço de energia e propriedades termodinâmicas dos fluidos. Para resolver, vamos precisar identificar as entalpias do refrigerante nas condições de entrada e saída, fazer o mesmo para a água, e então aplicar o balanço de energia para encontrar o fluxo de massa da água e a taxa de transferência de calor.

Passo 2

Primeiro, vamos converter o fluxo de massa do refrigerante de kg/min para kg/s, já que geralmente usamos segundos nas equações de engenharia.
dotmref = 8 , kg/min times 1 , min60 , s = 0,133 , kg/s

Passo 3

Agora, precisamos encontrar as entalpias do refrigerante-134a nas condições de entrada e saída. Para isso, consultamos as tabelas de propriedades do R-134a ou usamos um software de termodinâmica.
  • Entrada do condensador: ,
  • Saída do condensador:
Assumindo que a pressão na saída também é 1,6 MPa (sem queda de pressão), encontramos e nas tabelas.
Para fins deste exercício, vamos supor:

Passo 4

Vamos calcular a mudança de entalpia do refrigerante:
De

Passo 5

A taxa de transferência de calor do refrigerante é dada por:
dotQ = dotmref times De

Passo 6

Agora, vamos analisar a água. Sabemos que a água absorve esse calor. Precisamos encontrar o fluxo de massa da água ( dotQ = dotmágua times cp times (Tsaída - Tentrada) á).
Usamos a equação de balanço de energia para a água:
13,3 , kW = dotmágua times 4,18 , kJ/kg·°C times (30 - 15) , °C áí
Onde:
  • 13,3 , kW = dotmágua times 4,18 times 15 da água = 4,18 kJ/kg·°C
  • 13,3 times 10^3 , W = dotmágua times 62,7 , kJ/kg·s í
  • dotmágua = 13,3 times 10^362,7 times 10^3 , kg/s approx 0,212 , kg/s
dotmágua = 0,212 , kg/s times 60 , s/min approx 12,7 , kg/min á
á
á
á
Convertendo para kg/min:
á

Resposta

(a) O fluxo de massa necessário de água de resfriamento é aproximadamente 12,7 kg/min.
(b) A taxa de transferência de calor do refrigerante para a água é 13,3 kW.

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