O evaporador de um sistema de condicionamento de ar consiste de um trocador de calor no qual escoa ar em torno de uma serpentina onde passa o refrigerante. Considere um evaporador desse tipo onde o ar entra com vazão volumétrica de 30 m^3 / min a 27^circ C, 1,1 bar e sai a 15^circ C, 1 bar. O refrigerante (R-134a) entra na serpentina a 4 bars e com título de 16 %, saindo dela a 4 bars e 15^circ C. Ignorando a transferência de calor entre o evaporador e o meio determine, para o caso de operação em regime permanente: (a) A vazão mássica de refrigerante, em kg / min; (b) A taxa de transferência de energia do ar para o refrigerante, em kJ / min. Despreze efeitos de energia cinética e de energia potencial gravitacional.

Passo 1

O enunciado descreve um trocador de calor em regime permanente onde o ar escoa em torno de uma serpentina contendo R- 134a. O ar entra com vazão volumétrica dot Var=30 m^3/min, Tin,ar=27^circC, pin,ar=1,1 bar e sai a Tout,ar=15^circC, pout,ar=1 bar. O refrigerante entra a pin,ref=4 bar, título xin=0,16 e sai a 4 bar, Tout,ref=15^circC. Desprezamos energia cinética e potencial.
Conteúdo: balanço de energia para cada corrente e uso de entalpias de vapor-saturado e superaquecido de R- 134a e de calor específico do ar.

Passo 2

Calcular a vazão mássica do ar a partir das condições de entrada, usando
rhoar=pin,arRar,Tin,ar e dot mar=rhoar,dot Var
Tomando Rar=0,287 kJ/(kgcdot K), pin,ar=1,1 bar=110 kPa e Tin,ar=27^circC=300 K,
rhoar =1100,287cdot300 approx1,277 kg/m^3, dot mar =1,277cdot30 approx38,31 kg/min

Passo 3

Determinar a taxa de calor cedido pelo ar
dot Q =dot mar,cp,ar,(Tin,ar-Tout,ar)
Para ar cp,arapprox1,005 kJ/(kgcdot K) e De<a T=27-15=12 K,
dot Q =38,31cdot1,005cdot12 approx462,1 kJ/min

Passo 4

Obter entalpias do R- 134a a p=4 bar=400 kPa:
– Estado de entrada (saturado, x=0,16):
saturação a 400 kPa dá hf=255,56 kJ/kg, hfg=172,75 kJ/kg.
hin,ref =hf + x,hfg =255,56 + 0,16cdot172,75 =283,20 kJ/kg
– Estado de saída (superaquecido a 15circC, 400 kPa): tabela superaquecido dá
hout,refapprox293,15 kJ/kg
Logo, entalpia específica absorvida pelo refrigerante
De<a href = hout,ref - hin,ref =293,15 - 283,20 =9,95 kJ/kg

Passo 5

Aplicar balanço de energia global ( dot Qar=dot Qref) para encontrar a vazão mássica de refrigerante:
dot Q =dot mref,De<a href Longrightarrow dot mref =dot QDe<a href =462,19,95 approx46,4 kg/min

Resposta

(a) dot mrefapprox46,4 kg/min
(b) dot Qapprox462,1 kJ/min

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