O refrigerante-134a entra no tubo capilar de um refrigerador como líquido saturado a 1 MPa e é estrangulado até uma pressão de 0,12 MPa. Determine o título do refrigerante no estado final e a queda de temperatura durante esse processo.
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos um refrigerante-134a entrando no tubo capilar como líquido saturado a uma pressão de 1 MPa, e ele é estrangulado até uma pressão de 0,12 MPa. Precisamos determinar o título (ou qualidade) do refrigerante no estado final e a queda de temperatura durante esse processo. Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, especialmente sobre entalpia e processos isentrópicos (processos à entalpia constante).
Passo 2
Quando um líquido saturado passa por um tubo capilar (um dispositivo de estrangulamento), o processo é geralmente considerado isentrópico, ou seja, ocorre à entalpia constante. Isso significa que a entalpia antes e depois do estrangulamento é a mesma.
Matematicamente, podemos escrever:
onde
é a entalpia na entrada e
é a entalpia na saída.
Passo 3
Vamos encontrar a entalpia na entrada (
). Como o refrigerante-134a entra como líquido saturado a 1 MPa, precisamos das propriedades do refrigerante nessa condição. Consultando as tabelas de propriedades do R-134a:
- Pressão de 1 MPa:
- Temperatura de saturação (
): 25,7°C - Entalpia do líquido saturado (
): 250,43 kJ/kg - Entalpia do vapor saturado (
): 401,03 kJ/kg
- Temperatura de saturação (
Portanto,
kJ/kg.
Passo 4
Agora, vamos analisar o estado final após o estrangulamento a 0,12 MPa. Precisamos encontrar a entalpia correspondente (
) e a temperatura. Como o processo é isentrópico:
Consultando as tabelas do R-134a para 0,12 MPa (1,2 bar):
- Temperatura de saturação (
): -26,3°C - Entalpia do líquido saturado (
): 79,36 kJ/kg - Entalpia do vapor saturado (
): 247,59 kJ/kg
Passo 5
Para encontrar o título (
) no estado final, usamos a relação:
Substituindo os valores:
Passo 6
O valor de
obtido é maior que 1, o que indica que o estado final não está na região de mistura, mas sim na região superaquecida. Isso significa que, após o estrangulamento, o refrigerante está totalmente na fase vapor com um pouco de superaquecimento. Portanto, o título é 1, indicando vapor completamente seco, e a entalpia excede a do vapor saturado.
Passo 7
Para determinar a queda de temperatura (
), comparamos a temperatura de saturação na entrada e a temperatura no estado final.
- Temperatura na entrada (
): 25,7°C - Temperatura no estado final (
): Aproximadamente -25°C (considerando a região superaquecida próximo à saturação)
Portanto, a queda de temperatura é:
Resposta
O título do refrigerante no estado final é x = 1 (vapor completamente seco) e a queda de temperatura durante o processo é aproximadamente 50,7°C.