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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 92

O condensador de um ciclo de refrigeração é basicamente um trocador de calor em que um refrigerante é condensado pela rejeição de calor para um fluido de resfriamento. Refrigerante-134ª entra em um condensador a 1.200 kPa e 85 °C, a uma vazão mássica de 0,042 kg/s, e sai à mesma pressão sub-resfriado a 6,3 °C. A condensação é realizada pela água de resfriamento, a qual sofre uma elevação de temperatura de 12 °C no condensador. Determine (a) a taxa de calor transferido para a água no condensador, em kJ/ min e (b) a vazão mássica de água, em kg/min.

Passo 1

Primeira coisa que devemos saber é que para um condensador, tipicamente não há interações de trabalho ( w = 0 ) e as variações de energia potencial e cinétuca para cada fluido são desprezíveis ( k e = 0 ,   p e = 0 ) para cada fluido da corrente

Aplicando o balanço de massa:

m ˙ e n t r a d a =   m ˙ s a í d a

Aplicando o balanço de bassa para o condensador:

E ˙ e n t r a d a = E ˙ s a í d a m ˙ e n t r a d a h e n t r a d a = Q ˙ + m ˙ s a í d a h s a í d a  

Entalpia h 2 = h f = 108,26   k J / k g

Passo 2

Obtendo as propriedades para o R - 134 da tabela A-13 (página 129 do livro) “Refrigerante-134a, Vapor superaquecido”:

A 1200   k P a e 85 º   C

Entalpia h 1 = 316,73   k J / k g

Obtendo as propriedades do R - 134a da tabela A-12 (página 928) “Refrigerante-134a, Líquido-vapor saturados – Tabela com entrada de pressão”:

À 1200     k P A , temperatura de saturação T s a t = T 1 = 46,29 º C

No estado final, o R - 134 a é subresfriado em 6,3   º   C

T 2 - T 1 - 6,6 T 2 = 46,29 - 6,3 T 2 = 40 º   C O b t e n d o   a s   pripruedades do R - 134 a da tabela A-11 (página 927) “Refrigerante-134a, Líquido-vapor saturados – Tabela com entrada de pressão”:

A 1200   k P a e 40º C

Entalpia h 2 = h f = 108,26   k J / k g

Passo 3

Calculando a taxa de calor rejeitada para a água:

Q ˙ s a í d a = m ˙ r e f r i g e r a n t e ( h 1 - h 2 )

Em que m ˙ r e f r i g e r a n t e é o fluxo mpaxico do fluido refrigerante

Substituindo m ˙ r e f r i g e r a n t e = 0,042   k g / s , h 1 = 316,73   k J / k g e h 2 = 108,26   k J / k g

Q ˙ s a í d a = 0,042 × 316,72 - 108,26 Q ˙ s a í d a = 8,76   k J / s

Convertendo para K J / m i n utilizando o fator unitário:

Q ˙ s a í d a = 8,76 k J s × 60 s 1   m i n = 525,32   k J / m i n Q ˙ á g u a = 525,32   k J / m i n

Passo 4

Calculando o fluxo máximo da água:

Q ˙ s a í d a = m ˙ á g u a C p Δ T á g u a

Aqui, Δ T á g u a é a variação de temperatura no condensador e C p é o calor específico da água.

Substituindo Q ˙ s a í d a = 525,32   k J / m i n e C p = 4,18   k J / k g   ⋅ K   e Δ T á g u a = 12 º C

m ˙ á g u a = 525,32 4,18 × 12 = 10,48   k g / m i n

Portanto, o fluxo máxico da água é   m ˙ á g u a = 10,48   k g / m i n

Resposta

a ) 525,32   k J / m i n b ) 10,48   k g / m i n

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