Em um sistema de refrigeração, onde o fluido de trabalho é o refrigerante, R-134a, este entra no compressor a 150,0 kPa e -10^circ C e sai com 1000 kPa e 90^circ C. A vazão do fluido refrigerante no sistema é de 0,013 kg / s, e a potência consumida pelo compressor é de 1,2 kW. O refrigerante após sair do compressor entra em um condensador, resfriado com água, com aproximadamente 1000 kPa e 80^circ C e sai como líquido a 900,0 kPa e 35^circ C. A água entra no condensador em contracorrente com o refrigerante, a 28^circ C e sai com 33^circ C.
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:
dot m,(hin) + dot QCV = dot m,(hout)
Reorganizando para achar o calor cedido pelo refrigerante:
dot QCV ;=; dot m,(hout - hin)

Passo 3

Pegando as entalpias do R-134a nas condições do condensador (tabela ou diagrama):
– Entrada: → superaquecido:
– Saída: → líquido comprimido (aprox. saturado):

Passo 4

Calculando dot mref = 0,013 kg/s :
dot QCV = 0,013,(91,3 - 279,6) kW = 0,013 times (-188,3) kW = -2,45 kW
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):
dot Qágua = dot mágua,cp,(Tout - Tin) áá
Como toda energia que o refrigerante libera vai para a água:
2,45 = dot máguatimes 4,18 (kJ/kg,K) times (33 - 28) á
2,45 = dot máguatimes 4,18 times 5 Longrightarrow dot mágua = 2,454,18 times 5 = 0,117 kg/s áá

Resposta

(i) Taxa de calor rejeitado no condensador:
(ii) Vazão mássica de água de resfriamento: á

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