Este documento apresenta um problema sobre um sistema de refrigeração, com sete questões que abordam conceitos de mecânica dos fluidos e transferência de calor. As questões tratam de determinar o diâmetro de tubulação, regime de escoamento, fator de atrito, perda de carga, potência do compressor, área do evaporador e coeficiente convectivo do ar no ambiente.

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1ª QUESTÃO
Período:08/05/2023 08:00 a 07/07/2023 23:59 (Horário de Brasília)
Status:ABERTO
Nota máxima:3,00
Gabarito:Gabarito não está liberado!
Nota obtida:
MAPA - FENÔMENOS DE TRANSPORTE - 52/2023

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A estocagem e o transporte de produtos perecíveis é conseguida graças aos sistemas de refrigeração
desenvolvidos com o avanço da engenharia. Quem aí já não parou para pensar como um sistema de
refrigeração funciona? Pois é, eu acredito que você já tenha ficado com esse pensamento. Contudo, não se
preocupe! A maioria das respostas podem ser obtidas ao entender os Fenômenos de Transporte e aplicá-los
ao sistema de refrigeração.
De uma forma generalizada, um sistema de refrigeração é composto, basicamente, por dispositivos de
potência (compressor), dispositivos de troca térmica (trocadores de calor), dispositivos de expansão (válvula
de expansão), uma rede de tubulação e um fluido refrigerante.
Fonte: https://revistadofrio.com.br/como-funciona-um-sistema-de-refrigeracao/. Acesso em: 28 abr. 2023.
A rede de tubulação conecta os dispositivos de potência, expansão e de troca térmica e permite que o
fluido refrigerante escoe em todo o sistema sob uma determinada vazão. Os tubos da rede, geralmente, são
construídos de cobre. Da mecânica dos fluidos, sabemos que todo fluido em escoamento sofre uma perda
de pressão devido à rugosidade do material do tubo. Assim, a mecânica dos fluidos está envolvida no
dimensionamento da tubulação do sistema de refrigeração. Por outro lado, da transferência de calor,
sabemos que, nos dispositivos de troca térmica, o calor será transferido de um corpo de maior para um de
menor temperatura. Dessa forma, a quantidade de calor trocado no evaporador e no condensador, bem
como as áreas de troca térmica são dimensionadas com base nos fundamentos da transferência de calor.
Para um sistema de refrigeração hipotético, faça o que se pede a seguir:
a) Determine qual deve ser o diâmetro da tubulação de cobre (ε = 0,0015 mm), sabendo que o fluido (ρ =
0,0015 g mL
-1
e µ = 0,012 cP) escoa a uma vazão de 2 kg s
-1
, e a velocidade do fluido na rede de tubulação
deve ser mantida a 25 m s
-1
. Informe o diâmetro em polegadas (in) e demonstre os passos realizados para
obter a resposta de forma a justificá-la.
b) Utilizando as informações do fluido e da tubulação expostas na alternativa (a), determine se o fluido em
escoamento se encontra em regime laminar ou turbulento. Justifique.
c) Utilizando as informações do fluido e da tubulação expostas na alternativa (a), determine o fator de atrito
do escoamento. Demonstre os passos realizados para obter a resposta de forma a justificá-la.

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ALTERNATIVAS
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d) Utilizando as informações do fluido e da tubulação expostas na alternativa (a), determine a perda de
carga do escoamento. Informe a perda de carga em metros de água por metro de tubulação (mH2O m
-1
) e
demonstre os passos realizados para obter a resposta de forma a justificá-la.
e) Determine a potência do compressor sabendo que ele opera adiabaticamente com 75% de eficiência e
uma queda de pressão de 465 kPa. Além disso, as perdas por atrito podem ser desprezadas no compressor,
o qual opera a vazão constante de 2 kg s
-1
e com os mesmos fluidos e diâmetros da tubulação (entrada e
saída do compressor) informados na alternativa (a). Informe a potência em kW, considere o fluido como
incompressível e demonstre os passos realizados para obter a resposta de forma a justificá-la.
f) Determine a área de troca térmica do evaporador sabendo ele é um trocador de calor que foi projetado
para retirar calor do ambiente a ser refrigerado a uma taxa de 75 kJ por kg de fluido refrigerante utilizado
no sistema. O fluido refrigerante circula no sistema a uma vazão de 2 kg s
-1
e mantém a parede interna da
serpentina de cobre (k = 390 W m
-1
K
-1
e espessura de 3 mm) do evaporador a 248 K e a parede externa a
258 K. Informe a área em m
2
e demonstre os passos realizados para obter a resposta de forma a justificá-la.
g) Considerando as informações da alternativa (f), se o ambiente externo for mantido a -5
o
C, determine o
coeficiente convectivo do ar presente no ambiente a ser refrigerado. Informe o coeficiente convectivo em W
m
-2
K
-1
e demonstre os passos realizados para obter a resposta de forma a justificá-la.

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