Exercícios Resolvidos de Processo em Regime Permanente

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Enunciado

Refrigerante-134a entra no condensador de um refrigerador a 900   k P a e 60   ° C e sai como um líquido saturado à mesma pressão. Determine a transferência de calor do refrigerante por unidade de massa.

Passo 1

O enunciado pede que a gente calcule o valor da taxa de calor por unidade de massa Q ˙ / m ˙ que a refrigerante-134a a 9 00   k P a e a 60   ° C perde para se transformar totalmente em líquido saturado. A figura abaixo mostra todos os dados que temos para calcular o valor de Q ˙ / m ˙ .

m ˙ e e m ˙ s são as vazões mássicas de entrada e saída do refrigerante-134a respectivamente e P e e P s são as pressões de entrada e saída do refrigerante-134a respectivamente. A vazão mássica de entrada m ˙ e é igual à vazão mássica de saída m ˙ s , porque o refrigerante-134a escoa em regime permanente. Ou seja, toda massa que entra no volume de controle (marcado pela linha pontilhada) tem que sair.

m ˙ s = m ˙ e = m ˙

No próximo passo, veremos qual fórmula é usada para calcular Q ˙ / m ˙ .

Passo 2

Para calcular Q ˙ / m ˙ precisaremos usar a primeira lei para volumes de controle em regime permanente. O fato do enunciado não informar nada sobre a velocidade de entrada e de saída do refrigerante-134a e também não informar a altitude dessas vazões de refrigerante-134a é sinal de que a questão despreza a energia cinética e a energia potencial. Levando em conta essa simplificação, a primeira lei vira:

Q ˙ + m ˙ ⋅ h e = m ˙ ⋅ h s + W ˙

h e e h s são as entalpias específicas de entrada e saída do refrigerante-134a respectivamente. W ˙ é a taxa de trabalho que o refrigerante-134a realiza durante o processo de condensação. Como o enunciado não fala nada sobre realização de trabalho de eixo W ˙ pelo refrigerante-134a, W ˙ é considerado nulo!

W ˙ = 0

Por conta disso, a primeira lei vira:

Q ˙ + m ˙ ⋅ h e = m ˙ ⋅ h s       ⟹       Q ˙ = m ˙ ⋅ h s - h e       ⟹     Q ˙ m ˙ = h s - h e

No próximo passo vamos descobrir como encontrar o valor de h e e h s para poder calcular Q ˙ m ˙ .

Passo 3

Podemos encontrar h s em uma tabela de saturação do refrigerante-134a como a tabela mostrada abaixo. O valor de h s está na mesma linha que a pressão de 900   k P a e na mesma coluna que h l !

Ou seja, h s vale:

h s = 101,61   k J k g

Podemos encontrar h e em uma tabela de propriedades do refrigerante-134a. A temperatura da vazão de entrada 60   ° C é maior que a temperatura de saturação a 900   k P a 35,51   ° C . Por causa disso, o R-134a entrando no condensador é um vapor superaquecido.

T e > T s a t       ⟶       V a p o r   s u p e r a q u e c i d o

Por isso, achamos h e em uma tabela de vapor superaquecido de R-134a.

O valor de h e está na mesma linha que a temperatura de 60   ° C e na mesma coluna que h .

Ou seja, h e vale:

h e = 295,13   k J k g

Agora podemos calcular Q ˙ m ˙ .

Passo 4

Q ˙ m ˙ = h s - h e       ⟹       Q ˙ m ˙ = 101,61 - 295,13       ⟹       Q ˙ m ˙ = - 193 , 52   k J k g

Resposta

Q ˙ m ˙ = - 193 , 52   k J k g

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