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Enunciado

Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 73

Conforme ilustrado na Fig. P4.73, refrigerante 134a entra em um condensador operando em regime permanente a 70   l b f / i n 2 (482,6 kPa) e 160°F (71,1 °C) e é condensado para líquido saturado a 60   l b f / i n 2 (413,7 kPa) no exterior de tubos nos quais a água de resfriamento escoa. Ao passar pelos tubos, a água de resfriamento aumenta sua temperatura em 20°F (-6,7 °C) e não sofre nenhuma queda de pressão apreciável. A água de resfriamento pode ser modelada como incompressível com v = 0.0161   f t 3 / l b ( 0.001   m 3 / k g ) e c   =   1   B t u / l b ∙ ° R ( 4,2   k J / k g   ∙ K ) . A vazão mássica do refrigerante é de 3100 lb/h (0,39 kg/s). Desprezando os efeitos das energias cinética e potencial e ignorando a transferência de calor no exterior do condensador determine

  1. A vazão volumétrica da água de resfriamento que entra, em galões/min.
  2. A taxa de transferência de calor, em Btu/h, do refrigerante que se condensa para a água de resfriamento.

Passo 1

Falaaaaaaa galerinhaaa bora que bora?

Obtendo o valor da entalpia específica do refrigerante 134a a pressão 70 l b f / i n 2 e a uma temperatura da 160°F pela tabela A-12E “Propriedades do refrigerante superaquecido 134a vapor” no livro texto

Entalpia específica h 1 = 133.82   B t u / l b

Obtenha a entalpia específica do refrigerante no estado líquido saturado a uma pressão da 60   l b f / i n 2 pela tabela A-11E “ Propriedades do refrigerante saturado 134a (Líquido-vapor)” do livro texto.

Entalpia específica h 2 = 27.24   B t u / l b

Passo 2

Considere o fluxo de refrigerante como um volume de controle. O calor perdido pelo refrigerante é levado pela água de resfriamento.

Escrevendo a expressão para a taxa de transferência de calor entre o condensador e a água de resfriamento.

m ˙ g h 1 - h 2 = m ˙ w c p ∆ T

Substituindo , teremos:

3100 133.82 - 27.24 = m ˙ w × 1 × 20

m ˙ w = 16519.9   l b / h

Passo 3

  1. Escreveremos a expressão para a vazão volumétrica da água

    2. Q ˙ = m ˙ w v

    Fazendo as substituições

    Q ˙ = 16519.9 l b h × 0.0161 f t 3 × 0.124675   g a l / m i n f t 3 / h

    Q ˙ = 33.15   g a l / m i n

    Portanto, a taxa de fluxo volumétrico de água de resfriamento é de Q ˙ = 33.15   g a l / m i n .  

    Passo 4

  2. Escreva a equação do balanço de energia para o volume de controle, negligenciando a energia de trabalho, os efeitos da energia cinética e potencial.

0 = - Q ˙ c v + m ˙ g ( h 1 - h 2 )

Fazendo as devidas

Q ˙ c v = m ˙ g ( h 1 - h 2 )

Q ˙ c v = 3100 ( 133.82 - 27.24 )

Q ˙ c v = 3.3 × 10 5 B t u / h

Portanto, a taxa de transferência de calor para a água de resfriamento do condensador é Q ˙ c v = 3.3 × 10 5 B t u / h  

Resposta

  1. Portanto, a taxa de fluxo volumétrico de água de resfriamento é de Q ˙ = 33.15   g a l / m i n .  
  2. Portanto, a taxa de transferência de calor para a água de resfriamento do condensador é Q ˙ c v = 3.3 × 10 5 B t u / h   .
Ver Outros Exercícios desse livro