Cinqüenta ( 50 )
de tolueno líquido a 1,2 bar são resfriados de 100 para
. Um ciclo de refrigeração por compressão de vapor é usado para esse propósito. Amônia é o fluido de trabalho. A condensação no ciclo é efetuada em um resfriador a ar (trocador de calor) aletado, com ventilador, no qual a temperatura do ar pode ser considerada constante e igual a
. Determine:
(a) Os níveis de pressão alto e baixo (bar) no ciclo de refrigeração.
Considere a diferença mf́nima de temperatura para a troca térmica (
) igual a
. Dados para a amônia:
onde
está em bars e
em kelvins.
(a) Os níveis de pressão alto e baixo (bar) no ciclo de refrigeração.
Considere a diferença mf́nima de temperatura para a troca térmica (
Passo 1
Tranquilo! Então o exercício pede pra gente descobrir as pressões de alta e baixa do ciclo de refrigeração por compressão de vapor usando amônia, sabendo que:
- A amônia vai evaporar num evaporador que “puxa” calor do tolueno a 20 °C, mas precisa estar pelo menos ΔT=10 °C abaixo dele.
- A amônia vai condensar num condensador a ar que está a 20 °C, mas precisa ficar pelo menos ΔT=10 °C acima do ar.
- Pra ligar a pressão de saturação à temperatura, temos a correlação em LaTeX:
comem bar e em K.
O que vamos precisar:
1) Calcular a temperatura de evaporaçãoe de condensação
2) Usar a correlação de saturação para achare (iterando, se necessário).
Passo 2
Determinar as temperaturas de evaporação e condensação:
- T do tolueno final = 20 °C. Como ΔT mínimo = 10 °C, a amônia tem que estar 10 °C abaixo dele para evaporar:
- Ar a 20 °C, ΔT mínimo =10 °C acima, então:
Aqui já estamos aplicando a ideia de “força motriz” de temperatura em troca térmica: o refrigerante precisa ter sempre uma folga ΔT para rolar calor.
Passo 3
Teoria do P_sat:
Na saturação, temperatura e pressão são relacionadas pela correlação dada. Como tem nos dois lados do eq., a gente escolhe um chute inicial para
, calcula o RHS, ajusta e itera até convergir.
Na saturação, temperatura e pressão são relacionadas pela correlação dada. Como tem
Vamos fazer um passo simplificado de iteração (você pode usar uma calculadora ou Excel):
Para
:
- Chute inicial:
- Calcular
3) Avalia e repete até.
Fazendo isso (ou usando um solver), achamos:
Passo 4
Repetimos pra
:
- Chute inicial:
- Calcular
3) Iterar até convergir.
O resultado fica:
Resposta
Pressão baixa (evaporação a 10 °C): 5,9 bar
Pressão alta (condensação a 30 °C): 11,4 bar
Pressão alta (condensação a 30 °C): 11,4 bar