Enunciado

Considere uma indústria produtora de gelo que opera no ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal e utiliza refrigerante-134a como fluido de trabalho. As condições de operação do ciclo de refrigeração exigem que a pressão do evaporador seja de 140 kPa e a que pressão do condensador seja igual a 1.200 kPa. Água de resfriamento escoa pela camisa de água em

torno do condensador e é fornecida a uma taxa de 200 kg/s. A água de resfriamento tem um aumento de temperatura de 10 °C à medida que escoa pela camisa de água. Para produzir gelo, água potável é fornecida à seção de resfriador do ciclo de refrigeração. Para cada

kg de gelo produzido, 333 kJ de energia devem ser removidos do fornecimento de água potável.

(a) Esboce um esquema para os três fluidos de trabalho desse sistema de refrigeração de fazer gelo e o diagrama T-s para o ciclo de refrigeração.

(b) Determine o fluxo de massa do refrigerante, em kg/s.

(c) Determine o fluxo de massa do fornecimento de água potável, em kg/s.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem?

Bem, para o problema, podemos esboçar o diagrama T-s como:

Passo 2

Assim, sabemos que o estado 1 encontra em vapor saturado e P 1 = 140   k P a , para o refrigerante R-134a, da tabela termodinâmica:

h 1 = 2 39,16 K J k g       e     s 1 = 0 , 94456 K J k g K

Sabe-se que o estado 2 se encontra em vapor superaquecido com P 2 = 1 , 2   M P a e que s 1 = s 2 , então: h 2 = 284,07 K J k g .

O estado 3 se encontra em líquido saturado com P 3 = 1,2   M P a , então:

h 3 = 1 17,77 K J k g

E assumindo que há estrangulamento de 3-4, temos h 4 = h 3 = 117,77 K J k g

Passo 3

Para a letra b):

Sabemos também que a taxa de rejeição de calor é dada por:

Q ˙ H = m ˙ h 2 - h 3 = m ˙ a g u a c p Δ T

Isolando o termo da vazão mássica de refrigerante:

m ˙ = m ˙ a g u a c p Δ T h 2 - h 3   → m ˙ = 50,3 k g s

Passo 4

Para a letra c):

A taxa de fornecimento de calor é dada por:

Q ˙ L = m ˙ h 1 - h 4 = m ˙ p o t h R

Assim, isolando o termo do fluxo de massa de água potável, temos:

m ˙ p o t = m ˙ h 1 - h 4 h R = 50,3 * 239,16 - 117,77 333   → m ˙ p o t = 18,3 k g s

Resposta

Portanto:

b)   m ˙ = 50,3 k g s

c)   m ˙ p o t = 18,3 k g s

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