Refrigerante R-410a entra em uma válvula de expansão a
e 1100 kPa e sai a 200 kPa . Em sequência, o refrigerante é utilizado para resfriar
de óleo de motor de
até
em um trocador de calor. Na saída do trocador, o R-410a
está como vapor saturado a
. Determine a vazão mássica do refrigerante, em kg/s.
R.:
está como vapor saturado a
R.:
Passo 1
Vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um refrigerante R-410a que entra numa válvula de expansão a
e 1100 kPa, e sai a 200 kPa. Depois, esse refrigerante é usado para resfriar 2,0 kg/s de óleo de motor de
até
em um trocador de calor. Na saída do trocador, o R-410a está como vapor saturado a
. Nosso objetivo é encontrar a vazão mássica do refrigerante, ou seja, quantos quilos por segundo do R-410a estão passando pelo sistema. Vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados a processos de expansão e trocadores de calor.
Passo 2
Primeiro, vamos analisar o que acontece na válvula de expansão. A válvula de expansão é um dispositivo que diminui a pressão do refrigerante de alta para baixa pressão. Durante esse processo, assume-se que não há troca de calor com o ambiente (processo adiabático) e que a entalpia do refrigerante permanece constante. Isso significa que a entalpia antes da válvula é igual à entalpia depois da válvula.
Passo 3
Usando as tabelas termodinâmicas do R-410a, vamos encontrar a entalpia nas condições de entrada e saída da válvula de expansão. Na entrada, com
e 1100 kPa, encontramos a entalpia
. Após a expansão, a pressão cai para 200 kPa e a temperatura final será determinada pela condição de vapor saturado a
, o que nos dá a entalpia
.
Passo 4
Agora, vamos analisar o trocador de calor. Nesse trocador, o refrigerante R-410a retira calor do óleo de motor, resfriando-o de
para
. Aplicamos a conservação de energia, que diz que o calor cedido pelo óleo é igual ao calor absorvido pelo refrigerante:
Onde:
-
é a vazão mássica do óleo (2,0 kg/s). -
é a capacidade calorífica do óleo. -
é a variação de temperatura do óleo ( ). -
é a vazão mássica do refrigerante que queremos encontrar. -
e são as entalpias do refrigerante antes e depois da expansão.
Passo 5
Reorganizando a equação para encontrar
:
Substituindo os valores conhecidos e as entalpias obtidas das tabelas termodinâmicas, realizamos os cálculos e encontramos a vazão mássica do refrigerante.
Resposta
A vazão mássica do refrigerante R-410a é
.