Refrigerante 134A flui em regime permanente através de um tubo horizontal com
de diâmetro interno. O refrigerante entra no tubo com um título 0,1 , temperatura de
e velocidade de
. O refrigerante sai do tubo a
como um líquido saturado. Determine:
© a taxa de transferência de calor, em kW , e a direção dessa transferência em relação ao refrigerante.
© a taxa de transferência de calor, em kW , e a direção dessa transferência em relação ao refrigerante.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado nos diz que temos refrigerante 134A fluindo de forma constante por um tubo horizontal. A gente sabe o diâmetro do tubo, a qualidade, a temperatura e a velocidade na entrada, e a pressão na saída onde o refrigerante está como líquido saturado. Nosso objetivo aqui é descobrir a taxa de transferência de calor, ou seja, quanta energia térmica está sendo transferida, e também saber se essa transferência está entrando ou saindo do refrigerante.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é “qualidade” do refrigerante. A qualidade
representa a fração em vapor na mistura líquida-vapor. Aqui,
, o que significa que 10% é vapor e 90% é líquido na entrada.
Passo 3
Para resolver essa questão, precisamos aplicar a primeira lei da termodinâmica para um sistema aberto em regime permanente. A equação básica é:
Como o tubo é horizontal, não tem variação de altura (
) e não temos trabalho (
). Além disso, vamos assumir que a variação de energia cinética é desprezível (
). Então, a equação simplifica para:
Passo 4
Primeiro, precisamos calcular a taxa de fluxo de massa (
). Para isso, usamos a fórmula:
Onde:
-
é a densidade do refrigerante -
é a área da seção transversal do tubo -
é a velocidade do fluido
Mas antes de calcular, precisamos encontrar a densidade na entrada.
Passo 5
Na entrada, o refrigerante está numa mistura líquida-vapor com qualidade
e temperatura de
. Precisamos consultar as tabelas de propriedades do refrigerante 134A para encontrar as entalpias e densidades do líquido saturado (
,
) e do vapor saturado (
,
) a essa temperatura.
Vamos supor que, de acordo com as tabelas:
Passo 6
Com a qualidade
, podemos calcular a entalpia total na entrada:
E a densidade efetiva:
Passo 7
Agora, vamos calcular a área da seção transversal do tubo:
Com a densidade
e a velocidade
:
Passo 8
Na saída, o refrigerante está como líquido saturado a uma pressão de
. Precisamos encontrar a entalpia correspondente
para o líquido saturado nessa pressão. Supondo que, segundo as tabelas,
.
Passo 9
Agora, aplicamos a equação da primeira lei simplificada:
Passo 10
A direção da transferência de calor é determinada pelo sinal de
. Como
, o calor está sendo absorvido pelo refrigerante, ou seja, o calor está entrando no refrigerante.
Resposta
A taxa de transferência de calor é de aproximadamente 392 kW, com o calor sendo absorvido pelo refrigerante.