3.50 O gás Refrigerante 22 é submetido a um processo isobárico em um sistema pistão-cilindro desde vapor saturado a 4 bar até uma temperatura final de 30^{\circ} \mathrm{C}. Desconsidere as contribuições de energia cinética e potencial. Represente o processo em um diagrama p-v. Calcule o trabalho e a transferência de calor, em \mathrm{kJ} / \mathrm{kg}.

Passo 1

O enunciado descreve um processo isobárico de R-22 que parte de vapor saturado a p_{1}=4{\,}\mathrm{bar} até um estado superaquecido a T_{2}=30^{\circ}\mathrm{C}, desprezando energia cinética e potencial. Precisamos de tabelas de R-22 para obter v_{1},h_{1} no estado saturado a 4 bar e v_{2},h_{2} no estado superaquecido a 4 bar e 30^{\circ}\mathrm{C}. O trabalho específico será w=\int p\,dv=p\,(v_{2}-v_{1}) e o calor específico q=\Delta u+w=\Delta h.

Passo 2

Determine as propriedades no estado 1 (saturado, p_{1}=4 bar):
Pela tabela de vapor saturado de R-22 a p=4 bar
T_{1} = T_{\mathrm{sat}}(4\mbox{ bar}) \approx -11{,}9^{\circ}\mathrm{C},\quad v_{1}=v_{g}\bigl(T_{1}\bigr)\approx 0{,}0497\;\mathrm{m^{3}/kg},\quad h_{1}=h_{g}\bigl(T_{1}\bigr)\approx 256{,}5\;\mathrm{kJ/kg}.

Passo 3

Determine as propriedades no estado 2 (superaquecido, p_{2}=4 bar, T_{2}=30^{\circ}\mathrm{C}):
Pela tabela de vapor superaquecido de R-22 a p=4 bar e T=30^{\circ}\mathrm{C}
v_{2}\approx 0{,}0809\;\mathrm{m^{3}/kg},\quad h_{2}\approx 284{,}5\;\mathrm{kJ/kg}.

Passo 4

Esboço do processo em diagrama p\!-\!v:
No eixo vertical traça-se p=4 bar constante; no eixo horizontal marca-se v_{1} e v_{2}. O processo é uma linha horizontal de \bigl(v_{1},4\mbox{ bar}\bigr) até \bigl(v_{2},4\mbox{ bar}\bigr).

Passo 5

Cálculo do trabalho específico:
w \;=\;\int_{1}^{2}p\,dv \;=\;p\,(v_{2}-v_{1}) \;=\;(4\;\mathrm{bar})\,\bigl(0{,}0809-0{,}0497\bigr)\,\mathrm{m^3/kg}.
Convertendo 4 bar para 400 kPa:
w = 400\;\mathrm{kPa}\times 0{,}0312\;\mathrm{m^3/kg} =12{,}48\;\mathrm{kJ/kg}.

Passo 6

Cálculo do calor específico usando q=\Delta h:
q = h_{2}-h_{1} =284{,}5\;\mathrm{kJ/kg}-256{,}5\;\mathrm{kJ/kg} =28{,}0\;\mathrm{kJ/kg}.

Resposta

O trabalho é
w \approx 12{,}5\;\mathrm{kJ/kg}
e o calor transferido é
q \approx 28{,}0\;\mathrm{kJ/kg}.

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