(1,5 pontos) Ar entra na seção do evaporador de um condicionador de ar a uma pressão de 100 kPa e 27^circ C, com uma vazão volumétrica de 6 m^3 / min. O refrigerante R-134 a entra neste trocador de calor a 120 kPa com um título de 0,3 a uma vazão mássica de 2 kg / min e sai como vapor saturado na mesma pressão. Determine:
A taxa de geração de entropia para este processo (em kW / K ), supondo que as superfícies externas do condicionador de ar estejam isoladas.

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:
P = 120
E na saída:
sf

Passo 5

A diferença de entropia por unidade de massa do refrigerante é:
De

Passo 6

A taxa de geração de entropia para o refrigerante é:
dotS>=n,R = dotmR cdot De
Convertendo a vazão mássica para kg/s:
dotmR = 2 , kg/min60 , s/min = 0,0333 , kg/s

Passo 7

Calculando:
De
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:
dotS>=n = dotS>=n,R
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.

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