Enunciado

Refaça o problema anterior considerado que o fluido de trabalho é o refrigerante R-22.

Passo 1

Opa, tudo bem?

Preparado pra solucionar essa questão?

Bora então!

Aqui, devemos repetir o exemplo anterior apenas alterando seu fluido de trabalho, de boa né?

Começamos o problema aplicando a equação de energia para a primeira seção A - B :

- Q ˙ A B = m ˙ H 2 O ( h A - h B )

Agora, na seção D - 3 :

- Q ˙ A B = m ˙ R - 22 ( h 3 - h D )

Todas as propriedades desse exercício vão ser obtidas pelas Tabelas B.1.1 e B.4.1, para a água e para o R-134a, sob suas respectivas temperaturas:

h A = 397,94   k J / k g

h B = 355,88   k J / k g

h 3 = 253,69   k J / k g

h D = 165,09   k J / k g

Sendo:

m ˙ H 2 O = 2   k g / s

Temos:

- Q ˙ A B = 2 ⋅ ( 397,94 - 355,88 )

- Q ˙ A B = 84,12   k W

Assim, jogando na segunda equação:

- Q ˙ A B = m ˙ R - 22 ( h 3 - h D )

84,12 = m ˙ R - 22 ⋅ ( 253,69 - 165,09 )

m ˙ R - 2 = 0 , 949   k g / s

Passo 2

Para termos certeza de que a temperatura de ebulição é o fator restritivo, calculamos T C da equação de energia para a seção restante:

- Q ˙ B C = m ˙ R - 22 h D - h 2 = m ˙ H 2 O ( h B - h C )

Tomando 2 como aproximadamente 40 ° C ,   t e m o s

- Q ˙ B C = 0,949 ⋅ ( 165,09 - 96,48 )

- Q ˙ B C = 65 , 11   k W

Aplicando na segunda parte da equação:

- Q ˙ B C = m ˙ H 2 O ( h B - h C )

6 5,11 = 2 ⋅ 3 55,88 - h C

h C = 323 , 32   k J / k g

Pela Tabela B.1.1, temos:

T C = 77,2 ° C > T 2

O K !

Passo 3

Para determinarmos a máxima potência produzida nesse ciclo, devemos analisar os integrantes do ciclo que produzem trabalho separadamente.

Aqui, devemos pegar algumas informações do Prob. 11.27.

Começamos pela bomba.

Aqui temos um processo isentrópico e incompressível, assim podemos calcular seu trabalho como:

w P = ∫ v d p

w P = v 1 ( p 2 - p 1 )

w P = 0,0008 84 ⋅ 4036,8 - 1 533,5

w P = 2,21   k J / k g

Passo 4

Passando para a turbina, temos novamente um processo isentrópico, então:

s 4 = s 3 = 0,7918 = 0,3417 + x 4 ⋅ 0,5329

x 4 = 0 , 8446

Calculando h 4 :

h 4 = 94,27 + 0 , 8446 ⋅ 166,88

h 4 = 235,22   k J / k g

Aplicando a equação de energia:

w T = h 3 - h 4

w T = 253,69 - 235,22

w T = 18 , 47   k J / k g

Passo 5

Por fim, calculando a máxima potência produzida nesse ciclo:

w t o t a l = w T - w P

w t o t a l = 18 , 47 - 2,21

w t o t a l = 16,26   k J / k g

Assim:

P = m ˙ R - 22 ⋅ w t o t a l

P = 0 , 949 ⋅ 1 6,26

P = 15 , 43   k W

Se cair uma desse tipo você já sabe fazer de boa!

Até a próxima questão!

Resposta

P = 15,43   k W

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