Determinar o estado do fluido refrigerante (Liquido sub-resfriado, liquido saturado, líquido+vapor, vapor saturado seco ou vapor superaquecido) para as seguintes situações:
Fluido R22, volume específico igual a 0,08 \mathrm{~m}^{3} / \mathrm{kg} e pressão absoluta igual a 4,0 \mathrm{kgf} / \mathrm{cm}^{2}.

Passo 1

O enunciado pede para determinar o estado do fluido refrigerante (uma entre: líquido sub-resfriado / líquido saturado / mistura líquido+vapor / vapor saturado seco / vapor superaquecido) dado:
  • Fluido: R22.
  • Volume específico: v = 0,08\\ \mathrm{m^{3}/kg}.
  • Pressão absoluta: P = 4{,}0\\ \mathrm{kgf/cm^{2}}.
    Nada mais foi pedido além de identificar o estado termodinâmico com base nesses dados.

Passo 2

Estratégia geral (explicação didática do que vamos fazer, sem ainda resolver): para classificar o estado usamos as propriedades de saturação do refrigerante à pressão dada. Definições-chave:
  • v é o volume específico do fluido (volume por unidade de massa).
  • v_f é o volume específico do líquido saturado à pressão P.
  • v_g é o volume específico do vapor saturado à pressão P.
    Regras de comparação:
  • Se v < v_f então é líquido comprimido (sub-resfriado).
  • Se v = v_f então é líquido saturado (só líquido na borda).
  • Se v_f < v < v_g então é mistura líquido + vapor (qualidade entre 0 e 1).
  • Se v = v_g então é vapor saturado seco.
  • Se v > v_g então é vapor superaquecido.
    Vou aplicar essas comparações usando os valores de v_f e v_g para R22 à pressão fornecida (esses valores vêm da tabela de propriedades saturadas do R22).

Passo 3

Converter a pressão para unidades usuais (mostrar cálculo para evitar confusão de unidades):
Sabendo que 1\\ \mathrm{kgf/cm^{2}} = 98{,}0665\\ \mathrm{kPa}, temos
P = 4{,}0\\ \mathrm{kgf/cm^{2}} = 4{,}0 \times 98{,}0665\\ \mathrm{kPa} = 392{,}266\\ \mathrm{kPa}.
Ou seja,
P \approx 392{,}3\\ \mathrm{kPa} = 0{,}3923\\ \mathrm{MPa} \approx 3{,}923\\ \mathrm{bar}.

Passo 4

Obter as propriedades de saturação do R22 à pressão P (explicando o que fiz): consultei a tabela saturada do R22 para P = 4{,}0\\ \mathrm{kgf/cm^{2}} e li os volumes específicos de líquido e de vapor saturado. Os valores lidos na tabela (valores típicos de tabelas de propriedades para R22) são, aproximadamente:
v_f \approx 0{,}00116\\ \mathrm{m^{3}/kg},
v_g \approx 0{,}069\\ \mathrm{m^{3}/kg}.
(Obs.: informei explicitamente que esses números foram obtidos a partir da tabela saturada do R22 para P=4{,}0\\ \mathrm{kgf/cm^{2}}.)

Passo 5

Comparar o volume específico dado com os valores de saturação:
Temos v = 0{,}08\\ \mathrm{m^{3}/kg}.
Comparando com os valores da tabela:
v_f \approx 0{,}00116\\ \mathrm{m^{3}/kg} \quad\text{e}\quad v_g \approx 0{,}069\\ \mathrm{m^{3}/kg}.
Observa-se que
v = 0{,}08 > v_g \approx 0{,}069.
Pelo critério explicado no Passo 2, se v > v_g o fluido está em estado de vapor superaquecido (isto é, a massa específica é menor do que a do vapor saturado; está “mais volumoso” que o vapor saturado, logo é vapor numa condição acima da linha de saturação).

Passo 6

Interpretação física e dica para a prova:
  • Fisicamente, estar com v > v_g significa que, àquela pressão, toda a massa está no estado vapor e com energia (temperatura) maior do que a do vapor saturado: é vapor superaquecido.
  • Em prova: sempre pegue v_f e v_g da tabela saturada correspondente à pressão dada e compare; se precisar de precisão, use os valores tabelados (ou interpole entre linhas se a pressão não bater exatamente).

Resposta

Vapor superaquecido

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