Enunciado
Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 24
Refrigerante 134ª entra em uma tubulação horizontal operando em regime permanente a 40°C, 300 kPa e uma velocidade de 40 m/s. Na saída, a temperatura é de 50°C e a pressão é de 240 kPa. O diâmetro do tubo é 0.04 m. Determine (a) a vazão mássica de refrigerante em kg/s, (b) a velocidade na saída em m/s e (c) a taxa de transferência de calor entre o tudo e sua vizinhança, em kW.
Passo 1
Na Tabela A-11 “Propriedades do refrigerante saturado 134ª (líquido-vapor): Tabela de pressão”
Anotemos o valor aproximado da temperatura saturada do refrigerante 134ª na 300 kPa, pressão.
Temperatura saturada do refrigerante 134ª na entrada 40°C, é maior do que a temperatura saturada do refrigerante 134ª em 300 kPa, pressão, identifique que o refrigerante está superaquecida na entrada.
Obtenhamos o volume específico do refrigerante da Tabela A-12, “Propriedades do refrigerante superaquecido 134ª vapor”, do livro de texto a uma pressão de entrada 300 kPa, e a temperatura de 40°C por interpolação.
Volume específico do refrigerante superaquecido
Obtenhamos o volume específico da Tabela A-12 ”Propriedades do refrigerante superaquecido 134ª vapor” do livro de texto a uma pressão de entrada 240 kPa e temperatura de 50°C.
Volume específico do vapor refrigerante superaquecido em 240 kPa e 50°C
Passo 2
Calcule a área da seção transversal do tubo
está o diâmetro do tubo
Substituindo
por
Passo 3
- Calcularemos a taxa de fluxo de massa usando a seguinte relação:
- Calcularemos a velocidade na saída usando a seguinte relação:
- Calcule a transferência de calor entre o tubo e seus arredores usando a seguinte relação:
é a área do tubo
é a velocidade na entrada
é o volume específico na entrada
Substituindo
1.257 por
por
0.08089 por
Portanto, a taxa de fluxo de massa do refrigerante é de 0.621 kg/s
Passo 4
Substituindo
por
por
40 m/s por
Portanto, a velocidade na saída é de
Passo 5
Pela tabela A-12, “ Propriedades do vapor do refrigerante superaquecido 134a “ do livro de texto a uma pressão de entrada de 300 kPa e temperatura de 40°C, por interpolação.
Obtendo a entalpia específica da Tabela A-12 “ Propriedades do vapor do refrigerante superaquecido 134 a “ do livro de texto, a uma pressão de entrada 240 kPa e a temperatura de 50°C.
Passo 6
Onde
é a taxa de transferência de calor
é a taxa de transferência de trabalho
são as entalpias de entrada e de saída específicos do refrigerante
é a aceleração devido á gravidade
são as cabeças de pontos zeros na entrada e saída, respectivamente
Substituindo
Substituindo na equação (1)
0.621 kg/s por
.
.
.
.
Portanto, a taxa de transferência de calor é de
Resposta
- Portanto, a taxa de fluxo de massa do refrigerante é de 0.621 kg/s
- Portanto, a velocidade na saída é de
- Portanto, a taxa de transferência de calor é de