6.31 Dióxido de carbono, usado como fluido refrigerante natural, sai de um resfriador a 10 MPa e 40^{\circ} \mathrm{C} e passa por um estrangulamento que reduz sua pressão a 1,4 \mathrm{MPa}. Determine o estado do fluido ( T, x ) após o estrangulamento.

Passo 1

O enunciado diz que o C O_{2} sai de um resfriador em P_1 = 10{,}0\\ \mathrm{MPa} e T_1 = 40\\ ^\circ\mathrm{C} e sofre um estrangulamento até P_2 = 1{,}4\\ \mathrm{MPa}. O conteúdo aqui é o processo de Joule–Thomson (throttling), no qual vale
h_2 = h_1.
Vamos:
  • (a) obter h_1 em P_1,T_1 a partir de tabelas supercríticas de C O_{2};
  • (b) em P_2, verificar se o fluido fica em duas fases (comparando h_2 com h_f e h_g na pressão de destino);
  • (c) se for mistura, calcular a qualidade x e identificar a temperatura de saída (que será a temperatura de saturação nessa pressão).

Passo 2

Buscar em tabela de C O_{2} a entalpia em P_1 = 10{,}0\\ \mathrm{MPa} e T_1 = 40\\ ^\circ\mathrm{C}. De tabelas supercríticas (ou software) obtemos, por exemplo,
h_1 = 297{,}3\\ \mathrm{kJ/kg}.
Como o estrangulamento não troca calor nem realiza trabalho de eixo,
h_2 = h_1 = 297{,}3\\ \mathrm{kJ/kg}.

Passo 3

Agora, em P_2 = 1{,}4\\ \mathrm{MPa}, consultamos as propriedades de saturação de C O_{2}. A temperatura de saturação correspondente é
T_\mathrm{sat}(1{,}4\\ \mathrm{MPa}) \approx -17{,}6\\ ^\circ\mathrm{C}.
E as entalpias de líquido e vapor saturado nessa pressão são, tipicamente,
h_f = 81{,}9\\ \mathrm{kJ/kg}, \quad h_g = 420{,}2\\ \mathrm{kJ/kg}.

Passo 4

Comparando h_2 = 297{,}3\\ \mathrm{kJ/kg} com h_f e h_g, vemos que
h_f < h_2 < h_g,
logo o fluido chega em região bifásica. A qualidade x é dada por
x = \frac{h_2 - h_f}{h_g - h_f} = \frac{297{,}3 - 81{,}9}{420{,}2 - 81{,}9} = \frac{215{,}4}{338{,}3} \approx 0{,}64.

Resposta

T_2 = -17,6\\ ^\circ\mathrm{C}, \quad qualidade x \approx 0,64.

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