Em um sistema de refrigeração, onde o fluido de trabalho é o refrigerante, R-134a, este entra no compressor a
e
e sai com 1000 kPa e
. A vazão do fluido refrigerante no sistema é de
, e a potência consumida pelo compressor é de
. O refrigerante após sair do compressor entra em um condensador, resfriado com água, com aproximadamente 1000 kPa e
e sai como líquido a
e
. A água entra no condensador em contracorrente com o refrigerante, a
e sai com
.
Represente as equações de balanço de energia, faça as considerações necessárias (defina sistema e diga se é aberto ou fechado - justifique) e determine: (i) a taxa de calor transferido e (ii) a vazão de água de resfriamento no condensador.
Represente as equações de balanço de energia, faça as considerações necessárias (defina sistema e diga se é aberto ou fechado - justifique) e determine: (i) a taxa de calor transferido e (ii) a vazão de água de resfriamento no condensador.
Passo 1
Beleza, vamos recapitular: o enunciado fala de um ciclo de refrigeração com R-134a passando por compressor e condensador. A gente precisa montar o balanço de energia (equação de 1ª lei) no condensador, definir o sistema (aberto ou fechado) e então calcular (i) a taxa de calor rejeitada pelo refrigerante e (ii) a vazão mássica de água de resfriamento. Vamos usar propriedades do R-134a (entalpias) e calor específico da água.
Passo 2
Definindo o sistema:
– Sistema aberto (fluxo contínuo) que é o próprio condensador, pois nele o refrigerante entra e sai em regime permanente.
– Não há trabalho no condensador (sem eixos girando nem bombas), e as variações de energia cinética e potencial são desprezíveis.
Então a 1ª lei para fluxo permanente fica:
– Sistema aberto (fluxo contínuo) que é o próprio condensador, pois nele o refrigerante entra e sai em regime permanente.
– Não há trabalho no condensador (sem eixos girando nem bombas), e as variações de energia cinética e potencial são desprezíveis.
Então a 1ª lei para fluxo permanente fica:
Reorganizando para achar o calor cedido pelo refrigerante:
Passo 3
Pegando as entalpias do R-134a nas condições do condensador (tabela ou diagrama):
– Entrada: → superaquecido:
– Saída: → líquido comprimido (aprox. saturado):
– Entrada:
– Saída:
Passo 4
Calculando
:
O sinal negativo diz que o refrigerante perdeu calor, ou seja, rejectou
para a água.
Passo 5
Balanço de energia na água (que entra a 28°C e sai a 33°C):
Como toda energia que o refrigerante libera vai para a água:
Resposta
(i) Taxa de calor rejeitado no condensador:
(ii) Vazão mássica de água de resfriamento:
(ii) Vazão mássica de água de resfriamento: