Refrigerante 134A flui em regime permanente através de um tubo horizontal com 0,05 m de diâmetro interno. O refrigerante entra no tubo com um título 0,1 , temperatura de 35^circ C e velocidade de 10 m / s. O refrigerante sai do tubo a 1318,1 kPa como um líquido saturado. Determine:
© 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:
dotQ - dotW = dotm (h2 - h1) + dotm2 (v2^2 - v1^2) + dotm g (z2 - z1)
Como o tubo é horizontal, não tem variação de altura ( dotQ = dotm (h2 - h1) ) 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 ( dotm = rho A v ). 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 h1 = hf + x (hg - hf) = 250 + 0,1 (400 - 250) = 275 , kJ/kg , podemos calcular a entalpia total na entrada:
1rho1 = xrhog + 1 - xrhof = 0,1200 + 0,91200 = 0,0005 + 0,00075 = 0,00125 , m^3/kg
E a densidade efetiva:
rho1 = 10,00125 = 800 , kg/m^3

Passo 7

Agora, vamos calcular a área da seção transversal do tubo:
A = pi d^24 = pi (0,05)^24 approx 0,00196 , m^2
Com a densidade dotm = rho1 A v1 = 800 times 0,00196 times 10 approx 15,68 , kg/s 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:
dotQ = dotm (h2 - h1) = 15,68 times (300 - 275) = 15,68 times 25 = 392 , kW

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.

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