Uma bomba de Carnot utiliza R-134a como fluido de trabalho. O calor é transferido do fluido de trabalho a
e durante esse processo o R-134a muda de vapor saturado para líquido saturado. Sabendo que a transferência de calor para o fluido ocorre a
. Calcule o título no início e no final do processo isotérmico.
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos uma bomba de Carnot que usa R-134a como fluido de trabalho. Nessa bomba, o calor é transferido do R-134a a 35°C, durante o qual ele muda de vapor saturado para líquido saturado. Além disso, a transferência de calor ocorre a 0°C. Precisamos calcular o título (ou qualidade) do fluido no início e no final desse processo isotérmico. Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados a ciclos de Carnot e propriedades do R-134a.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre o que é o título (ou qualidade) de um fluido. Em termodinâmica, o título
representa a fração de massa que está na fase vapor em uma mistura de líquido e vapor em equilíbrio. Ele varia de 0 a 1, onde:
-
: Todo o fluido está na fase líquida saturada. -
: Todo o fluido está na fase de vapor saturado. -
: O fluido está em uma mistura de líquido e vapor.
A fórmula para calcular o título é:
onde
é a massa de vapor e
é a massa de líquido.
Passo 3
Vamos analisar o processo isotérmico descrito. Um processo isotérmico ocorre a temperatura constante. No caso, temos uma transferência de calor a 0°C. Isso significa que, durante esse processo, a temperatura do fluido de trabalho (R-134a) permanece constante em 0°C.
Passo 4
Sabemos que a bomba de Carnot opera entre duas temperaturas: a temperatura quente (
) e a temperatura fria (
). Durante o processo isotérmico a 0°C, o R-134a está passando de vapor saturado a líquido saturado, ou seja, de
para
.
Passo 5
No início do processo isotérmico a 0°C, o R-134a está completamente na fase de vapor saturado, então:
Passo 6
No final do processo isotérmico a 0°C, o R-134a está completamente na fase líquida saturada, então:
Resposta
O título no início do processo isotérmico é
e no final é
.