Refrigerante 134a entra em um trocador de calor de um sistema de refrigeração, operando em regime permanente, com uma vazão mássica de 0,5 lb/s (0,23 kg/s), como líquido saturado a 0°F (217,8°C) e sai a 20°F (26.7 °C) a uma pressão de . Um fluxo separado de ar escoa em contracorrente ao fluxo de refrigerante 134a , entrando 120°F (48,9°C) e saindo a 77°F (25,0 °C). O exterior do trocador de calor encontra-se bem isolado. Desprezando os efeitos das energias cinética e potencial, e modelando o ar como um gás ideal, determine a vazão mássica do ar, em lb/s.

Premissas para a equação de energia de fluxo constante para o trocador de calor no sistema de refrigeração:

• O fluxo de massa através do sistema permanece constante.
• Fluxo uniforme através do sistema.
• Não há interação entre o sistema e o ambiente como trabalho e calor.
• O estado do fluido em qualquer ponto do tempo permanece constante com o tempo.
• As energias potenciais, cinéticas e de fluxo são negligenciadas.

Pode se obter a equação de fluxo constante para o fluxo de fluido através do volume de controle.

O refrigerante 134a entra no trocador de calor em estado estacionário, de modo que a taxa de fluxo de massa do refrigerante na entrada e na saída do trocador de calor sejam iguais.

Iremos obter a relação entre a taxa de fluxo de massa de entrada e saída do refrigerante através do trocador de calor.

é a taxa de fluxo de massa do refrigerante na entrada do trocador de calor.

é a taxa de fluxo de massa do refrigerante na saída do trocador de calor.

é a taxa de fluxo de massa do refrigerante no trocador de calor.

O ar entra no trocador de calor em estado estacionário, de modo que a taxa de fluxo de massa de ar na entrada e na sápida do trocador sejam iguais.

Obteremos a relação entre a vazão mássica de entrada e saída do ar que flui através do trocador de calor.

é a taxa de fluxo de massa do ar na entrada do trocador de calor.

é a taxa de fluxo de massa do ar na saída do trocador de calor.

é a taxa de fluxo de massa do ar no trocador de calor.

Obteremos a entalpia específica do refrigerante em 134a 0°F e 20°C a partir das tabelas de “Propriedades de refrigerante 134a saturado (líquido-vapor): tabela de pressão” e “Propriedades de refrigerante superaquecido 134a de vapor”, respectivamente .

Obtenha a entalpia específica do ar em 120°F e 77°F da tabela “Propriedades ideais do gás do ar”.

A equação de energia de fluxo constante precisa ser aplicada na entrada e na saída do trocador de calor, a fim de determinar a taxa de fluxo de massa do ar.

Obtenha a equação reduzida para a equação de energia em estado estacionário aplicando as suposições .

Fazendo as devidas substituições, teremos

Substituindo (1) e (2) na expressão

Organizando essa belezinha, teremos

Substituindo

Portanto, a taxa de fluxo de massa de ar é de