66. O Ato do Ar Limpo (Clean Air Act) proibiu a produção de clorofluorocarbonos (CFCs) nos Estados Unidos a partir de 1996. Um CFC amplamente usado, refrigerante R-12, foi substituído pelo R-134a em muitas aplicações em função de suas propriedades similares, incluindo um baixo ponto de ebulição a pressão atmosférica, Tsat = 243 K e 246,9 K para o R-12 e o R-134a, respectivamente. Compare o desempenho desses dois refrigerantes sob as condições a seguir. O vapor saturado do refrigerante a 310 K condensa ao escoar no interior de um tubo, com 30 mm de diâmetro e 0,8 m de comprimento, cuja temperatura de parede é mantida a 290 K. Se o vapor entra no tubo a uma vazão de 0,010 kg/s, quais são a taxa de condensação e a vazão mássica de vapor deixando o tubo? As propriedades relevantes do R-12 a Tsat = 310 K são ρv = 50,1kg/m3, hfg = 160 kJ/kg e μv = 150 × 10–7 N · s/m2, e as do R-12 líquido a Tf= 300 K são ρl = 1306 kg/m3, cp,l = 978 J/(kg · K), μl = 2,54 × 10–4 N · s/m2 e kl = 0,072 W/(m · K). As propriedades do vapor de R134-a saturado são ρv = 46,1 kg/m3, hfg = 166 kJ/kg e μv = 136 × 10–7 N · s/m2.

Para refrigerante R-12 :

De início devemos calcular o número de Reynolds usando a seguinte fórmula que é adequada aos dados que nós temos:

Como número de Reynolds é menor que , o calculo do coeficiente médio de convecção do tubo poderá ser feito pela seguinte fórmula:

Só que nesse caso não temos o calor latente modificado de vaporização. Com isso, podemos calcular o calor latente modificado pela seguinte fórmula:

Substituindo os valores na equação para o calculo do coeficiente médio vem:

A taxa de transferência de calor é dada por:

A taxa de condensação pode ser calculada usando:

Assim, a taxa de condensado é .

A vazão do vapor que sai do tubo pela seguinte fórmula:

Assim, a taxa de fluxo do tubo que sai do tubo é .

Ufa, conseguimos determinar para o primeiro fluido a taxa de condensado e a vazão de vapor que saí do tubo!!!!

Para refrigerante R-134a :

O coeficiente médio de convecção do tubo pode ser calculado da seguinte maneira:

Só que nesse caso não temos o calor latente modificado de vaporização. Com isso, podemos calcular o calor latente modificado pela seguinte fórmula:

Substituindo os valores na equação para o calculo do coeficiente médio vem:

A taxa de transferência de calor é dada por:

A taxa de condensação pode ser calculada pela seguinte fórmula:

Assim, a taxa de condensado é .

A vazão do vapor que sai do tubo pela seguinte fórmula:

Assim, a taxa de fluxo do tubo que sai do tubo é .

Ufa, conseguimos determinar para o segundo fluido também!!!!

O comportamento dos dois refrigerantes é comparável, pois as propriedades são semelhantes e o R-134a poderia substituir o R-12 em muitas aplicações. O R-134a fornece taxas de transferência de calor e condensação um pouco mais altas nesta aplicação.