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:
h1 = h2
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
Portanto, kJ/kg.

Passo 4

Agora, vamos analisar o estado final após o estrangulamento a 0,12 MPa. Precisamos encontrar a entalpia correspondente ( h2 = h1 = 250,43 kJ/kg ) 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 ( h2 = hf + x cdot (hg - hf) ) no estado final, usamos a relação:
250,43 = 79,36 + x cdot (247,59 - 79,36)
Substituindo os valores:
250,43 = 79,36 + x cdot 168,23
250,43 - 79,36 = x cdot 168,23
171,07 = x cdot 168,23
x approx 171,07168,23 approx 1,017

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 ( De), comparamos a temperatura de saturação na entrada e a temperatura no estado final.
  • Temperatura na entrada ( De): 25,7°C
  • Temperatura no estado final ( De): 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.

Exercícios relacionados