O refrigerante-134a deve ser resfriado pela água em um condensador. O refrigerante entra no condensador com um fluxo de massa de
a
e
e sai a
. A água de resfriamento entra a 300 kPa e
sai a
. Desprezando quaisquer quedas de pressão, determine (a) o fluxo de massa necessário de água de resfriamento e
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.
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:
Passo 5
A taxa de transferência de calor do refrigerante é dada por:
Passo 6
Agora, vamos analisar a água. Sabemos que a água absorve esse calor. Precisamos encontrar o fluxo de massa da água (
).
Usamos a equação de balanço de energia para a água:
Onde:
-
da água = 4,18 kJ/kg·°C -
-
Convertendo para kg/min:
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.