refrigerante-134a deve ser resfriado pela água em um condensador. 0 refrigerante entra no condensador com um fluxo de massa de 6
a 1 MP a e
e sai a
. A água de resfriamento entra a 300 kPa e
e sai a
. Desprezando quaisquer quedas de pressão, determine o fluxo de massa necessário de água de resfriamento
Dicas:
- Escoamento em regime permanente
- Energias cinética e potencial são desprezíveis
- Perdas de calor do sistema são desprezíveis
- Não existe trabalho de eixo
Dicas:
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem um sistema onde o refrigerante-134a está sendo resfriado pela água em um condensador. O que a gente precisa descobrir é quanto de água de resfriamento é necessário para fazer esse resfriamento acontecer.
Matéria envolvida: Balanceamento de energia em sistemas de fluxo contínuo.
O que vamos precisar:
- Entender os conceitos de fluxo de massa e energia.
- Usar as propriedades termodinâmicas do refrigerante-134a e da água.
- Aplicar a equação de balanço de energia para sistemas em regime permanente.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa que o sistema está em regime permanente. Isso quer dizer que as condições de entrada e saída não mudam com o tempo. Ou seja, a energia que entra no sistema é igual à energia que sai.
Passo 3
Como estamos desprezando as energias cinéticas e potenciais, além das perdas de calor e trabalho de eixo, podemos simplificar o balanço de energia para:
Onde:
-
é o fluxo de massa. -
é a entalpia específica (energia por unidade de massa).
Passo 4
Vamos identificar os dados:
Refrigerante-134a:
Água:
Passo 5
Agora, precisamos encontrar as entalpias específicas do refrigerante-134a nas condições de entrada e saída. Para isso, vamos consultar as tabelas de propriedades termodinâmicas do R-134a.
Supondo que após consultar as tabelas, encontramos:
Passo 6
Para a água, vamos usar a fórmula da mudança de entalpia para líquidos, já que a água está em estado líquido nas condições dadas:
Onde:
-
(capacidade calorífica da água) -
Então:
Passo 7
Agora, aplicando o balanço de energia:
Substituindo os valores:
Calculando o lado esquerdo:
Passo 8
Agora, resolvendo para
:
O sinal negativo indica a direção do fluxo, mas como estamos interessados na magnitude, desconsideramos o sinal.
Resposta
O fluxo de massa necessário de água de resfriamento é aproximadamente 7,18 kg/min.