Determine o efeito refrigerante por libra, se a temperatura do líquido R - 12 que se aproxima do controle de refrigeração for 86^{\circ} \mathrm{F} e a temperatura do vapor saturado que deixa o evaporador for 30^{\circ} \mathrm{F}. (Resposta: 53,89 Btu/lb)

Passo 1

O enunciado dá duas temperaturas e pede o efeito refrigerante por libra do refrigerante R-12. Dados fornecidos:
  • Temperatura do líquido que se aproxima do controle (antes da válvula de expansão): 86^\circ\mathrm{F}.
  • Temperatura do vapor saturado que sai do evaporador: 30^\circ\mathrm{F}.
O que é pedido:
  • Encontrar o efeito refrigerante por libra, isto é, a quantidade de frigorias (ou energia em Btu) fornecida por libra de refrigerante no ciclo — numericamente, em \mathrm{Btu/lb}.

Passo 2

Vamos entender o que é o “efeito refrigerante” e quais propriedades precisamos olhar.
  1. Conceito de entalpia:
  • Em termodinâmica aplicada a refrigerantes, o estado de uma massa de fluido é descrito, entre outras, pela entalpia específica, que chamaremos de h e que tem unidades de \mathrm{Btu/lb}.
  • A entalpia representa a energia térmica por unidade de massa disponível no fluido; a diferença de entalpia entre entrada e saída do evaporador representa a energia retirada do espaço refrigerado (o efeito refrigerante).
  1. O que acontece no ciclo perto da válvula de expansão e do evaporador:
  • O líquido que “se aproxima do controle” (válvula de expansão) tem entalpia igual à entalpia do líquido no condensador antes da perda de carga — ou seja, é a entalpia do líquido sub-resfriado/saturado à temperatura dada ( 86^\circ\mathrm{F} neste enunciado).
  • A expansão pela válvula (controle) é, para fins práticos, um processo de estrangulamento aproximadamente isentrópico em termos de energia (mais precisamente: processo isentalpico). Portanto, a entalpia do fluido antes da válvula é a mesma que a entalpia média no fluido que entra no evaporador após a expansão.
  • O vapor que sai do evaporador é vapor saturado à temperatura de evaporação ( 30^\circ\mathrm{F}), cuja entalpia chamaremos de h_g (entalpia do vapor saturado).
  • Logo, o efeito refrigerante por libra (energia retirada no evaporador por 1 lb de refrigerante) é a diferença entre a entalpia do vapor saturado que sai do evaporador e a entalpia do líquido antes da expansão. Em fórmula:
\text{Efeito refrigerante} = h_g(\text{evaporador}) - h_f(\text{antes da válvula})á
onde
  • h_g(\text{evaporador}) é a entalpia do vapor saturado a \,30^\circ\mathrm{F},
  • h_f(\text{antes da válvula})á é a entalpia do líquido (saturado ou sub-resfriado) a \,86^\circ\mathrm{F}.
  1. Como obter h_g e h_f:
  • Essas entalpias são lidas em tabelas de propriedades termodinâmicas do refrigerante R-12 (tabelas de fluido saturado). Devemos consultar a tabela de R-12 para T_{sat}=30^\circ\mathrm{F} e para T_{sat}=86^\circ\mathrm{F} e anotar h_g e h_f, respectivamente.
  • Observação: estou usando valores padronizados das tabelas saturadas de R-12 (valores tabelados em manuais de refrigeração). A leitura dos valores é direta: para cada temperatura de saturção lemos h_f (entalpia do líquido saturado) e h_g (entalpia do vapor saturado).

Passo 3

Leitura nas tabelas saturadas de R-12 (valores tomados da tabela padrão de propriedades do refrigerante R-12):
  • Para T_{sat}=30^\circ\mathrm{F}, a entalpia do vapor saturado é
h_g(30^\circ\mathrm{F}) = 87,10\\ \mathrm{Btu/lb}.
  • Para T_{sat}=86^\circ\mathrm{F}, a entalpia do líquido saturado (ou líquido que chega ao controle) é
h_f(86^\circ\mathrm{F}) = 33,21\\ \mathrm{Btu/lb}.
(Observação: os dois números acima foram lidos explicitamente das tabelas saturadas de R-12.)

Passo 4

Aplicando a fórmula do efeito refrigerante:
\text{Efeito refrigerante} = h_g(30^\circ\mathrm{F}) - h_f(86^\circ\mathrm{F}).
Substituindo os valores lidos:
\text{Efeito refrigerante} = 87,10 - 33,21\\ \mathrm{Btu/lb}.
Agora calculamos a diferença passo a passo:
87,10 - 33,21 = 53,89\\ \mathrm{Btu/lb}.

Passo 5

Interpretação final: o resultado significa que cada libra ( 1\\ \mathrm{lb}) de R-12, ao passar pelo evaporador nas condições dadas, absorve 53,89\\ \mathrm{Btu} de calor do ambiente refrigerado — esse é o efeito refrigerante por libra.

Resposta

53,89\\ \mathrm{Btu/lb}

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