Um condensador é alimentado, em regime permanente,com 1,5 kg/s de vapor de um certo refrigerante. O estado termodinâmico na seção de alimentação de refrigerante é 150 kPa, 70°C e, na seção de descarga o refrigerante está no estaido de liquido saturado a 150 kPa. Calcule a taxa de transferência de calor no condensador. Admita que o vapor de refrigerante se comparta como um gás perfeito,que na saturação , que a massa molecular do refrigerante é igual a 100. Além disto, são conhecidas as seguintes relações para o refrigerante:
obs: A pressão está em kPa e a temperatura em Kelvin, para a equação acima.
Passo 1
Neste exercício é importante perceber que o refrigerante irá passar por três estados. 1 – Estado inicial de temperatura 70°C e pressão 150 kPa, onde se encontra na fase de vapor superaquecido, 2 – Pressão de 150 kPa como vapor saturado e 3 – Pressão de 150 kPa como líquido saturado.
Por isso vamos ter que calcular a transferência de calor entre os estados 1 – 2 assim como para os estados 2 – 3.
Passo 2
Vamos calcular a transferência de calor entre os estados 1 e 2, onde não há variação de fase e, portanto a troca de calor a pressão constante é dada por:
Porém, nós não sabemos a temperatura do estado 2. Mas isso não é um problema já que podemos achar essa temperatura pela equação que foi dada:
Assim, o calor será dado como
Passo 3
Calcular a troca de calor entre os estados 2 – 3.
A troca de calor entre esses dois estados é igual a variação da entalpia, que pode ser achada por meio da equação de Claeyron utilizando a função da pressão em relação à temperatura. Vamos fazer isso primeiro integrando essa função.
Da equação de Clapeyron temos que
Logo,
Passo 4
Juntar os dois valores e multiplicar pela vazão mássica para achar o fluxo de calor.
Como esse calor foi perdido pelo refrigerante então o fluxo é, na verdade, de -150,6 kW