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, entalpia igual a 160 \mathrm{kcal} / \mathrm{kg} e volume especifico igual a 0,02 \mathrm{~m}^{3} / \mathrm{kg}.

Passo 1

O enunciado pede: determinar o estado do fluido refrigerante R22 entre as opções (líquido sub-resfriado, líquido saturado, líquido+vapor (mistura), vapor saturado seco, vapor superaquecido), sabendo que o fluido tem entalpia h=160\\ \mathrm{kcal/kg} e volume específico v=0,02\\ \mathrm{m^{3}/kg}.\n
Informações dadas:
\text{fluido: R22}
h = 160\\ \mathrm{kcal/kg}
v = 0,02\\ \mathrm{m^{3}/kg}
O que se pede: classificar o estado termodinâmico do fluido entre as cinco alternativas indicadas.

Passo 2

Princípio geral e ferramentas necessárias (aula rápida e prática).\n
Para uma substância pura como o R22 o estado (fase) é determinado comparando o ponto (h,v) com a curva de saturação. As quantidades saturadas relevantes são:
v_f,\quad v_g,\quad h_f,\quad h_g
onde:
  • v_f = volume específico do líquido saturado (no ponto de saturação),
  • v_g = volume específico do vapor saturado,
  • h_f = entalpia do líquido saturado,
  • h_g = entalpia do vapor saturado.\n
    Definimos também:
v_{fg} = v_g - v_f,\qquad h_{fg} = h_g - h_f.
A “qualidade” (fração mássica de vapor) é dada por:
x = \frac{v - v_f}{v_{fg}}
ou equivalentemente
x = \frac{h - h_f}{h_{fg}}.
Interpretação prática:
  • Se x<0 então o ponto está à esquerda da linha de saturação → líquido sub-resfriado (compressado).
  • Se x=0 então líquido saturado.
  • Se 0<x<1 então mistura líquido+vapor (duas fases).
  • Se x=1 então vapor saturado seco.
  • Se x>1 então vapor superaquecido.\n
    Portanto, para decidir o estado precisamos dos valores saturados v_f, v_g, h_f, h_g de R22 na temperatura (ou pressão) de saturação correspondente ao estado.

Passo 3

Como proceder na prática (passo-a-passo que você usará na prova) — sem pular etapas:\n
  1. Pegue a tabela de propriedades saturadas do R22 (tabela p- T ou T-saturação). Essas tabelas dão v_f, v_g, h_f, h_g para cada temperatura ou pressão de saturação.\n
  2. Uma estratégia prática quando são fornecidos v e h é: procurar uma temperatura de saturação tal que v_f \le v \le v_g. Para cada linha da tabela (cada T_{sat} ou p_{sat}):
    • leia v_f e v_g;
    • verifique se v_f \le v \le v_g.
    • se encontrar uma linha que satisfaça isso, calcule x_v = (v-v_f)/(v_g-v_f) e, usando a mesma linha, calcule x_h = (h-h_f)/(h_g-h_f). Se x_v e x_h são aproximadamente iguais e estão em [0,1], o estado é mistura com qualidade x.\n
  3. Se para todas as linhas da tabela v < v_f então é líquido sub-resfriado (compressado). Neste caso a temperatura do fluido está abaixo da temperatura de saturação correspondente à pressão dada e x<0.\n
  4. Se para todas as linhas v > v_g então é vapor superaquecido. Neste caso calcule a pressão/temperatura de saturação correspondente e compare com tabela de vapor superaquecido para verificar h.\n
  5. Se v coincide com v_f e h coincide com h_f então é líquido saturado; se coincidem com v_g e h_g então vapor saturado seco.\n
    Resumo das fórmulas a usar na prova:
x_v=\frac{v-v_f}{v_g-v_f},\qquad x_h=\frac{h-h_f}{h_g-h_f}.
Compare x_v e x_h. Se ambos caírem em [0,1] e forem iguais (ou muito próximos, considerando interpolação), é mistura; se não, conclude compressado ou superaquecido conforme sinal.

Passo 4

Por que aqui não posso dar a classificação numérica final sem mais dados concretos (explicação direta e honesta).\n
Os valores numéricos de v_f,\\ v_g,\\ h_f,\\ h_g dependem da temperatura/pressão de saturação do R22 e só aparecem nas tabelas de propriedades do R22 (ou são obtidos por uma equação de estado calibrada para R22). O enunciado forneceu apenas h e v mas não forneceu tabela ou uma pressão/temperatura adicional nem uma equação de estado do R22. Portanto não há como calcular numericamente x_v ou x_h e, assim, não há como afirmar com certeza qual das cinco categorias é a correta sem consultar as tabelas de propriedades do R22.\n
Observação prática: se você na prova tiver a tabela de R22 no caderno/prova, aplique exatamente o procedimento do Passo 3 e chegará à resposta numérica. Se tiver apenas um diagrama p- v ou T- v desenhado, use o mesmo raciocínio: verifique se o ponto (v,h) cai dentro da região de duas fases (entre curvas v_f e v_g).

Passo 5

Exemplo ilustrativo (hipotético) para fixar a técnica — leia só para treinar, não tome estes números como propriedade real do R22.\n
Suponha numa linha da tabela para certa T_{sat} que v_f=0,002\\ \mathrm{m^3/kg}, v_g=0,50\\ \mathrm{m^3/kg}, h_f=40\\ \mathrm{kcal/kg}, h_g=220\\ \mathrm{kcal/kg}. Então:
x_v=\frac{0,02-0,002}{0,50-0,002}=\frac{0,018}{0,498}\approx0,036
x_h=\frac{160-40}{220-40}=\frac{120}{180}\approx0,667
Aqui x_v e x_h não concordam, então esse T_{sat} hipotético não é coerente com o estado. Você repetiria para outras linhas até achar coerência. Quando achar uma linha onde x_v\approx x_h\in[0,1], o estado é mistura com qualidade x. Se não houver linha com v_f\le v\le v_g, você conclui líquido ou vapor comprimido/superaquecido conforme explicado antes.

Resposta

Não é possível determinar o estado do R22 com certeza apenas com h=160\\ \mathrm{kcal/kg} e v=0,02\\ \mathrm{m^{3}/kg} sem consultar as tabelas de propriedades do R22 (ou uma equação de estado do R22). Para resolver definitivamente, consulte a tabela saturada do R22 e aplique as fórmulas x_v=(v-v_f)/(v_g-v_f) e x_h=(h-h_f)/(h_g-h_f) descritas acima.

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