Desafio 7

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Desafio 7
Os processos de mudança de fase são muito utilizados em equipamentos domésticos e industriais para retirar ou fornecer calor a um sistema específico. Em particular, as geladeiras, freezers e outros equipamentos de refrigeração usam como elemento refrigerante o tetrafluoretano, conhecido comercialmente como R134a; as mudanças de estado líquido-gasoso deste refrigerante são determinantes na obtenção das temperaturas desejadas.
Diante deste contexto você foi desafiado a resolver o problema de explosão de garrafas em um congelador industrial. Caracterização do problema: garrafas de vidro contendo cerveja e refrigerante são resfriadas em um congelador industrial, entretanto, a baixa temperatura está causando a explosão de algumas garrafas.
Caracterização do sistema: o volume total do evaporador de resfriamento é 80 litros, a massa de elemento refrigerante R134a é 4 kg e a pressão de operação no evaporador é de 200 kPa.
Orientação para a solução:
a) Determine a temperatura no interior da câmara de resfriamento.
Analisando a região que encontra-se o refrigerante:
Na pressão de 200 kPa temos os volumes específicos:
Como:
o refrigerante está na região de mistura saturada, assim a temperatura da câmara deve ser muito próxima a temperatura de saturação do refrigerante, dada como:
b) Determine o volume de líquido e vapor no interior do congelador e encontre o erro percentual.
• Cálculo da massa de vapor (mv):
• Cálculo da massa de líquido (ml):
• Cálculo do volume de líquido (Vl):
• Cálculo do erro percentual:
c) Proponha uma metodologia adequada para evitar que as garrafas estourem no congelador.
A temperatura no interior do congelador está próxima de (-10,09°C), nesta temperatura a o líquido da bebida congela-se, e como há água presente na solução, ocorre a expansão e explosão da garrafa. Para evitar tal acontecimento pode-se aumentar a pressão de operação no congelador, que irá aumentar a temperatura do elemento refrigerante e logo do interior do congelador. Uma sugestão pode ser aumentar a pressão para 240 kPa (círculo azul na tabela), que proporciona uma temperatura de (-5,38°C), como a solução aquosa das bebidas contém outros constituintes, além da água, esta pode-se não congelar nesta temperatura.