O refrigerante-134a deve ser resfriado por água em um condensador. O refrigerante entra no condensador com uma taxa de fluxo de massa de a 1 MPa e e sai a . A água de resfriamento entra a 300 kPa e e sai a . Negligenciando quaisquer queda de pressão, determine (a) a taxa de fluxo de massa de água de resfriamento necessária e (b) a taxa de transferência de calor do refrigerante para água.

Passo 1

Beleza, vamos começar entendendo o que você está pedindo. Temos um sistema onde um refrigerante-134a está sendo resfriado por água em um condensador. Precisamos calcular duas coisas:
a) A taxa de fluxo de massa da água necessária para fazer esse resfriamento.
b) A taxa de transferência de calor do refrigerante para a água.
Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica e transferência de calor, especificamente a equação de balanço de energia. Vamos precisar usar propriedades termodinâmicas do R134a e da água, como capacidade calorífica e entalpia.

Passo 2

Primeiro, vamos focar na parte (a): encontrar a taxa de fluxo de massa da água necessária. Para isso, precisamos igualar a quantidade de calor que o refrigerante está perdendo com a quantidade de calor que a água está ganhando.
A equação básica de balanço de energia é:
íáíáá
Onde:
  • é a taxa de fluxo de massa.
  • é a entalpia específica nas condições de entrada e saída.

Passo 3

Para aplicar essa equação, precisamos das entalpias específicas nas diferentes condições. Vamos supor que temos essas informações nas tabelas termodinâmicas para o R134a e para a água.
Vamos denotar:
  • Temperatura de entrada do refrigerante:
  • Temperatura de saída do refrigerante:
  • Temperatura de entrada da água:
  • Temperatura de saída da água:

Passo 4

Convertendo a taxa de fluxo de massa do refrigerante para kg/s:

Passo 5

Agora, precisamos encontrar as entalpias específicas. Vamos supor que:
  • Para o refrigerante-134a a 70°C e 1 MPa,
  • Para o refrigerante-134a a 35°C, í
  • Para a água a 15°C, á
  • Para a água a 25°C, íá
Nota: Esses valores são hipotéticos. Para precisão, consulte as tabelas termodinâmicas adequadas.

Passo 6

Substituindo na equação de balanço de energia:
á
á
á

Passo 7

Resolvendo para á:
á

Passo 8

Convertendo para kg/min:

Passo 9

Agora, para a parte (b): calcular a taxa de transferência de calor do refrigerante para a água.
Usamos novamente a equação de balanço de energia:
í

Passo 10

Substituindo os valores:

Resposta

a) A taxa de fluxo de massa da água de resfriamento necessária é aproximadamente 7,14 kg/min.
b) A taxa de transferência de calor do refrigerante para a água é 5 kW.

Exercícios relacionados

Calcule e quando 2,50 mols de uma gás perfeito com varia de 28,5 L e 400 K para 42,0 L e 400 K.
Quando o gelo se funde, seu volume diminui. Apesar desse fato, a entropia do sistema aumenta. Explique (a) por que a entropia aumenta
Calcule o livre caminho médio para as moléculas de metano, ) a nas pressões de:
bar