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:
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,
- Para a água a 15°C,
- Para a água a 25°C,
Nota: Esses valores são hipotéticos. Para precisão, consulte as tabelas termodinâmicas adequadas.
Passo 6
Substituindo na equação de balanço de energia:
Passo 7
Resolvendo para
:
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:
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.
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