Conforme a metodologia sugerida em sala de aula resolver e analisar as questões: (20 %)
Uma instalação frigorífica opera segundo o ciclo padrão de compressão mecânica de vapor utilizando refrigerante R-134 a, desenvolve 65(kW) de refrigeração, operando a uma temperatura de evaporação de - 10( ^circ C) e uma temperatura de condensação de 38( ^circ C).
Determinar o que se pede e comentar os resultados:
O título e o volume específico do refrigerante na saída do dispositivo medidor;

Passo 1

Beleza, vamos resolver um ciclo de refrigeração por compressão de vapor usando R-134a. O que pedem é o “título” (ou qualidade x) e o volume específico v do fluido na saída da válvula de expansão (o famoso dispositivo medidor).
Conteúdo: Termodinâmica de ciclos de refrigeração, propriedades de fluido refrigerante (tabelas de estado saturado), conceito de entalpia constante na expansão.
O que vamos precisar:
  • Saber que antes da válvula o refrigerante é líquido saturado na temperatura de condensação (38 °C).
  • Assumir expansão isentrópica em entalpia (h₂ = h₃).
  • Usar tabelas de R-134a para ler hf, hfg, vf, vfg nas temperaturas de condensação (38 °C) e de evaporação (–10 °C).
  • Calcular qualidade x = (h₃ – hf_evap) / hfg_evap e depois v = vf_evap + x·vfg_evap.

Passo 2

Estado 2 (saída do condensador / entrada da válvula): líquido saturado a T_c = 38 °C.
• h₂ = hf|₃₈°C
• noutro ciclo a válvula realiza uma expansão isentrópica em termos de entalpia, logo h₃ = h₂.
Estado 3 (saída da válvula, antes de entrar no evaporador): mistura líquido-vapor à pressão de evaporação (temperatura de evaporação T_e = –10 °C), com entalpia h₃ = h₂.

Passo 3

Ler nas tabelas de R-134a:
a) A 38 °C (saturação):
hf|₃₈°C = 267,3 kJ/kg
b) A –10 °C (saturação):
hf|₋₁₀°C = 233,7 kJ/kg
hfg|₋₁₀°C = 200,7 kJ/kg
vf|₋₁₀°C = 0,00070 m³/kg
vfg|₋₁₀°C = 0,05119 m³/kg

Passo 4

Como a expansão é isentalpica (válvula de estrangulamento), temos:
h₃ = h₂ = 267,3 kJ/kg

Passo 5

Agora obtemos o título (qualidade) x₃ na saída da válvula:
x₃ ;=;h₃ - hf|-10°Chfg|-10°C ;=;267,3 - 233,7200,7 ;=;0,167 (approx16,7%)

Passo 6

E o volume específico v₃:
v₃ ;=; vf|-10°C ;+; x₃;vfg|-10°C ;=;0,00070;+;0,167cdot0,05119 ;=;0,0093;m³/kg ³

Resposta

Título (qualidade) x₃ ≃ 0,167 (16,7%)
Volume específico v₃ ≃ 0,0093 m³/kg

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