Determine o efeito refrigerante por libra, se a temperatura do líquido
- 12 que se aproxima do controle de refrigeração for
e a temperatura do vapor saturado que deixa o evaporador for
. (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):
. - Temperatura do vapor saturado que sai do evaporador:
.
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
.
Passo 2
Vamos entender o que é o “efeito refrigerante” e quais propriedades precisamos olhar.
- 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
e que tem unidades de . - 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).
- 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 (
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 (
), cuja entalpia chamaremos de (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:
onde
-
é a entalpia do vapor saturado a , -
é a entalpia do líquido (saturado ou sub-resfriado) a .
- Como obter
e :
- 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
e para e anotar e , 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
(entalpia do líquido saturado) e (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
, a entalpia do vapor saturado é
- Para
, a entalpia do líquido saturado (ou líquido que chega ao controle) é
(Observação: os dois números acima foram lidos explicitamente das tabelas saturadas de R-12.)
Passo 4
Aplicando a fórmula do efeito refrigerante:
Substituindo os valores lidos:
Agora calculamos a diferença passo a passo:
Passo 5
Interpretação final: o resultado significa que cada libra (
) de R-12, ao passar pelo evaporador nas condições dadas, absorve
de calor do ambiente refrigerado — esse é o efeito refrigerante por libra.