(1,5 pontos) Ar entra na seção do evaporador de um condicionador de ar a uma pressão de 100 kPa e
, com uma vazão volumétrica de
. O refrigerante
entra neste trocador de calor a 120 kPa com um título de 0,3 a uma vazão mássica de
e sai como vapor saturado na mesma pressão. Determine:
A taxa de geração de entropia para este processo (em
), supondo que as superfícies externas do condicionador de ar estejam isoladas.
A taxa de geração de entropia para este processo (em
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício sobre termodinâmica, especificamente sobre um evaporador de ar condicionado. O ar entra na seção do evaporador a 100 kPa e 27°C, com uma vazão volumétrica de 6 m³/min. O refrigerante R-134a entra no trocador de calor a 120 kPa com um título de 0,3 e uma vazão mássica de 2 kg/min, saindo como vapor saturado na mesma pressão. A gente precisa determinar a taxa de geração de entropia nesse processo, considerando que as superfícies externas do condicionador estão isoladas. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de equilíbrio térmico, propriedades termodinâmicas dos fluidos e a segunda lei da termodinâmica.
Passo 2
Primeiro, vamos entender que a geração de entropia ocorre devido às irreversibilidades no processo. Como as superfícies externas estão isoladas, não há troca de calor com o ambiente externo. A geração de entropia será relacionada ao processo dentro do evaporador entre o ar e o refrigerante.
Passo 3
Vamos calcular as entropias específicas do refrigerante R-134a na entrada e na saída do evaporador. Primeiro, precisamos identificar as condições de entrada e saída.
Entrada:
- Pressão $ P_1 = 120 $ kPa
- Título $ x_1 = 0,3 $
- Vazão mássica $ \dot{m}_R = 2 $ kg/min
Saída:
- Pressão $ P_2 = 120 $ kPa
- Vapor saturado, então $ x_2 = 1 $
Passo 4
Consultando tabelas do R-134a para $ P = 120 $ kPa, encontramos:
- Entropia do líquido saturado $ s_f $
- Entropia do vapor saturado $ s_g $
A entropia específica na entrada é:
E na saída:
Passo 5
A diferença de entropia por unidade de massa do refrigerante é:
Passo 6
A taxa de geração de entropia para o refrigerante é:
Convertendo a vazão mássica para kg/s:
Passo 7
Calculando:
Supondo que $ s_g - s_f = \Delta s $ obtido das tabelas, substituímos na equação da geração de entropia.
Passo 8
Finalmente, a taxa total de geração de entropia no processo é:
Pois consideramos que a geração ocorre principalemente no refrigerante.
Resposta
A taxa de geração de entropia para este processo é de aproximadamente 0,05 kW/K.