Refrigerante 134a entra a 10 bar, 36°C, com uma vazão volumétrica de 482 kg/h no separador operando em regime permanente mostrado na Fig. P4.99. Líquido saturado e vapor saturado saem em fluxos distintos, cada um á pressão p. A transferência de calor para a vizinhança e os efeitos das energias cinética e potencial podem ser ignorados.

(a) Determine a vazão mássica de cada um dos fluxos, em kg/h, se p= 4 bar.

(b) Esboce gratificante as vazões mássicas nas saídas, em kg/h, versus p no intervalo entre 1 e 9 bar.

Passo 1

E ai pessoal, tudo tranquilo??

Bora que bora ?

Pressão de entrada no estado 1, p 1 = 10   b a r .

Estado da temperatura de entrada 1, T 1 = 36 ° C = 309   K

Taxa de fluxo de massa de entrada no estado 1 m ˙ 1 = 482   k g / h

Pressão de saída no estado 2 p 2 = p (vapor saturado)

Pressão de saída no estado 3 p 3 = p (liquido saturado)

Passo 2

Passo 3

Pela equação de equilíbrio da taxa de fluxo de massa

m ˙ 1 = m ˙ 2 + m ˙ 3

m ˙ 3 = m ˙ 1 - m ˙ 2             ( 1 )

Pela equação de balanço de energia

0 = Q ˙ c v - W ˙ c v + m ˙ 1 h 1 + V 1 2 2 + g z 1 - m ˙ 2 h 2 + V 2 2 2 + g z 2 - m ˙ 3 h 3 + V 3 2 2 + g z 3

O trabalho realizado, transferência de calor, energia cinética e potencial são insignificantes.

m ˙ 1 h 1 - m ˙ 2 h 2 - m ˙ 3 h 3 = 0           ( 2 )

Passo 4

Substituindo a equação (1) na equação (2)

m ˙ 1 h 1 - m ˙ 2 h 2 - ( m ˙ 1 - m ˙ 2 ) h 3 = 0  

m ˙ 2 = m ˙ 1 ( h 1 - h 3 ) ( h 2 - h 3 )           ( 3 )

Passo 5

  1. Dado a pressão p = 4   b a r

Então, partindo das tabelas de temperatura saturada em T 1 = 36 ° C , no estado 1

Tomando entalpia

h 1 = h f

h 1 = 100.25   k J / k g

No estado 3, vapor saturado

h 3 = h g

h 3 = 252.32   k J / k g

No estado 2 líquido saturado

h 2 = h f

h 2 = 62   k J / k g

Passo 6

Então, substituindo os valores na equação (3)

m ˙ 2 = m ˙ 1 h 1 - h 3 h 2 - h 3

m ˙ 2 = 482 100.25 - 252.32 62 - 252.32

m ˙ 2 = 385.129   k g / h

Portanto a taxa de fluxo de massa do vapor existente é de m ˙ 2 = 385.129   k g / h   .

Passo 7

Da equação (1)

m ˙ 3 = m ˙ 1 - m ˙ 2

m ˙ 3 = 482 - 385.129

m ˙ 3 = 96.87   k g / h

A taxa de fluxo de massa do vapor existente m ˙ 3 = 96.87   k g / h  

Passo 8

Dado a pressão p = 1   a   9   b a r

Então, partindo das tabelas de pressão saturada em p = 1 , no estado 2 líquido saturado

Tomando entalpia

h 2 = h f

h 2 = 16.29   k J / k g

No estado 3, vapor saturado

h 3 = h g

h 3 = 231.35   k J / k g

Passo 9

Então, substituindo os valores na equação (3)

m ˙ 2 = m ˙ 1 h 1 - h 3 h 2 - h 3

m ˙ 2 = 482 100.25 - 231.35 16.29 - 231.35

m ˙ 2 = 293.826   k g / h

Passo 10

Da equação (1)

m ˙ 3 = m ˙ 1 - m ˙ 2

m ˙ 3 = 482 - 293.826  

m ˙ 3 = 188.174     k g / h

Passo 11

De R-134a tabela de pressão saturada em p = 2   b a r

h 2 = h f

h 2 = 36.84   k J / k g

No estado 3, vapor saturado

h 3 = h g

h 3 = 241.3   k J / k g

Passo 12

Então, substituindo os valores na equação (3)

m ˙ 2 = m ˙ 1 h 1 - h 3 h 2 - h 3

m ˙ 2 = 482 100.25 - 241.3 36.84 - 241.3

m ˙ 2 = 332.515   k g / h

Passo 13

Da equação (1)

m ˙ 3 = m ˙ 1 - m ˙ 2

m ˙ 3 = 482 - 332.515  

m ˙ 3 = 149.4846     k g / h

Passo 14

De R-134a tabela de pressão saturada em p = 5   b a r

h 2 = h f

h 2 = 71.33   k J / k g

No estado 3, vapor saturado

h 3 = h g

h 3 = 256.07     k J / k g

Passo 15

Então, substituindo os valores na equação (3)

m ˙ 2 = m ˙ 1 h 1 - h 3 h 2 - h 3

m ˙ 2 = 482 100.25 - 256.07 71.33 - 256.07

m ˙ 2 = 406.546   k g / h

Passo 16

Da equação (1)

m ˙ 3 = m ˙ 1 - m ˙ 2

m ˙ 3 = 482 - 406.546  

m ˙ 3 = 75.454     k g / h

Passo 17

De R-134a tabela de pressão saturada em p = 6   b a r

h 2 = h f

h 2 = 79.48   k J / k g

No estado 3, vapor saturado

h 3 = h g

h 3 = 259.19     k J / k g

Passo 18

Então, substituindo os valores na equação (3)

m ˙ 2 = m ˙ 1 h 1 - h 3 h 2 - h 3

m ˙ 2 = 482 100.25 - 259.19 79.48 - 259.19

m ˙ 2 = 426.293   k g / h

Passo 19

Da equação (1)

m ˙ 3 = m ˙ 1 - m ˙ 2

m ˙ 3 = 482 - 426.293  

m ˙ 3 = 55.7072     k g / h

De R-134a tabelas de pressão saturada em p = 7   b a r .

h 2 = h f = 86.78   k J / k g

h 3 = h g = 261.85   k J / k g

Passo 20

Então substituindo os valores na equação (3)

m ˙ 2 = m ˙ 1 h 1 - h 3 h 2 - h 3

m ˙ 2 = 482 100.25 - 261.85 86.78 - 261.85

m ˙ 2 = 444.9146   k g / h

Passo 21

Da equação (1)

m ˙ 3 = m ˙ 1 - m ˙ 2

m ˙ 3 = 482 - 444.9146  

m ˙ 3 = 37.0854     k g / h

Passo 22

De R-134a tabelas de pressão saturada em p = 8   b a r .

h 2 = h f = 93.42   k J / k g

h 3 = h g = 241.15   k J / k g

Passo 23

Então substituindo os valores na equação (3)

m ˙ 2 = m ˙ 1 h 1 - h 3 h 2 - h 3

m ˙ 2 = 482 100.25 - 264.15 93.42 - 264.15

m ˙ 2 = 462.7117   k g / h

Passo 24

Da equação (1)

m ˙ 3 = m ˙ 1 - m ˙ 2

m ˙ 3 = 482 - 462.7177  

m ˙ 3 = 19.2822     k g / h

Passo 25

De R-134a tabelas de pressão saturada em p = 9   b a r .

h 2 = h f = 99.56   k J / k g

h 3 = h g = 266.18   k J / k g

Passo 26

Então substituindo os valores na equação (3)

m ˙ 2 = m ˙ 1 h 1 - h 3 h 2 - h 3

m ˙ 2 = 482 100.25 - 266.18 99.56 - 266.18

m ˙ 2 = 480.004   k g / h

Passo 27

Da equação (1)

m ˙ 3 = m ˙ 1 - m ˙ 2

m ˙ 3 = 482 - 480.004  

m ˙ 3 = 1.996     k g / h

Passo 28

Traçando os valores (gráfico) entre as pressões e as taxas de fluxo de massa dos vapores

Passo 29

Gráfico p ,   V s , m ˙ 2   e   p ,   V s , m ˙ 3

Resposta

Vide o passo a passo.

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