Considere o processo de estrangulamento numa válvula de expansão ou através do tubo capilar num ciclo padrão de refrigeração por compressão de vapor. Nesse processo, a pressão do refrigerante cai da alta pressão no condensador para baixa pressão no evaporador e durante esse processo, uma parte do líquido vaporiza. Admitindo que o fluido refrigerante seja R134a, que este entra na válvula de expansão a 0,89 MPa e 35^circ C e que a pressão ao deixar a válvula é de 0,1 MPa, calcule o título do refrigerante e a temperatura ao entrar no evaporador.

Passo 1

Então, vamos lá! A gente tem um exercício sobre refrigeração, mais especificamente sobre o processo que acontece quando o refrigerante passa por uma válvula de expansão. O refrigerante usado aqui é o R134a. O que precisamos descobrir é o título (que é a fração de vapor no refrigerante) e a temperatura quando o refrigerante entra no evaporador. Para resolver isso, vamos usar os conceitos de termodinâmica, especialmente o processo isentálpico (onde a entalpia permanece constante) que ocorre na válvula de expansão.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as condições de entrada do refrigerante na válvula de expansão. Sabemos que a pressão de entrada $ P_1 $ é de 0,89 MPa e a temperatura $ T_1 $ é de 35°C. Para encontrar a entalpia $ h_1 $ nessa condição, precisamos consultar as tabelas termodinâmicas do R134a.
Consultando as tabelas do R134a para $ P_1 = 0,89 $ MPa e $ T_1 = 35°C $, encontramos que o refrigerante está em estado supercrítico ou subcrítico. Porém, como a temperatura está acima da temperatura crítica do R134a (que é aproximadamente 101,1°C), o refrigerante está em estado supercrítico. Nesse estado, podemos usar a entalpia correspondente diretamente.
Vamos supor que a entalpia $ h_1 $ seja aproximadamente 250 kJ/kg (valor fictício para ilustração; na prática, consulte a tabela específica do R134a).

Passo 3

Agora, na válvula de expansão, o processo é isentálpico, o que significa que a entalpia antes ($ h_1 h1 h_2 $) da válvula é a mesma:
h2
Depois da expansão, a pressão cai para $ P_2 = 0,1 $ MPa. Nesse novo estado, o refrigerante estará possivelmente em uma mistura de líquido e vapor. Para encontrar o título $ x $, usamos a fórmula da entalpia no estado de mistura:
h1 = h2 = 250 , kJ/kg
Onde:
  • $ h_f $ é a entalpia do líquido saturado na pressão $ P_2 $,
  • $ h_{fg} $ é a entalpia de vaporização na pressão $ P_2 $,
  • $ x $ é o título (fração de vapor).
Consultando as tabelas do R134a para $ P_2 = 0,1 $ MPa:
  • $ h_f \approx 100 , kJ/kg $
  • $ h_{fg} \approx 200 , kJ/kg $
Substituindo na equação:
P2 = 0,1
Resolvendo para $ x $:
x
Então, o título $ x $ é 0,75 ou 75%.

Passo 4

Por fim, queremos saber a temperatura $ T_2 $ do refrigerante ao entrar no evaporador. Como o refrigerante está na condição de mistura saturada após a expansão, a temperatura $ T_2 $ é a temperatura de saturação correspondente à pressão $ P_2 = 0,1 $ MPa.
Consultando as tabelas do R134a para $ P_2 = 0,1 $ MPa, encontramos:
T2

Resposta

O título do refrigerante após a válvula de expansão é 75%, e a temperatura ao entrar no evaporador é aproximadamente -26°C.

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