Um sistema de refrigeração mecânica está operando em condições tais que a temperatura de vaporização é de 32^{\circ} \mathrm{F}, enquanto que a temperatura do líquido que se aproxima do controle de refrigerante é 85^{\circ} \mathrm{F}. Se o R- 12 é circulado através do sistema a uma taxa de 5 \mathrm{lb} / \mathrm{min}, determine:
a) A capacidade de refrigeração em Btu/hora.(Resposta: 16305 Btu/h)
b) A capacidade de refrigeração do sistema em toneladas. (Resposta: 1,36 toneladas)

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações e pede duas coisas claras:
  • Temperatura de vaporização: \,32^\circ\mathrm{F}.
  • Temperatura do líquido que se aproxima do dispositivo de expansão: \,85^\circ\mathrm{F}.
  • Taxa de circulação do R-12: \,5\\ \mathrm{lb/min}.
    Pede-se:
    a) A capacidade de refrigeração em \,\mathrm{Btu/h}.
    b) A capacidade de refrigeração em toneladas.

Passo 2

Conceito e método que vamos usar (passo a passo didático e sem pular etapas):
  • A capacidade frigorífica (taxa de refrigeração) é a taxa de energia retirada do espaço frio, e para um refrigerante em escoamento é dada por
\dot{Q}=\dot{m}\,(h_{\text{vapor na evap}}-h_{\text{líquido antes da válvula}}),íá
onde:
  • \dot{Q} é a capacidade de refrigeração ( \mathrm{Btu/h}),
  • \dot{m} é a vazão mássica ( \mathrm{lb/h}),
  • h_{\text{vapor na evap}} é a entalpia do vapor saturado à temperatura de evaporação ( \mathrm{Btu/lb}),
  • h_{\text{líquido antes da válvula}}íá é a entalpia do líquido aproximadamente à temperatura indicada ( \mathrm{Btu/lb}).
    Explicando a física por trás: a “refrigeração útil” é a energia necessária para vaporizar o fluido no evaporador — isto é a diferença de entalpia entre o vapor saindo do evaporador e o líquido que entra no evaporador após expansão. Aqui o enunciado nos dá as temperaturas necessárias para buscar essas entalpias nas tabelas do R-12.

Passo 3

Converter a vazão dada para unidades compatíveis com \mathrm{Btu/h}:
\dot{m}=5\\ \mathrm{lb/min}=5\times 60=300\\ \mathrm{lb/h}.

Passo 4

Obter as entalpias do R-12 nas temperaturas fornecidas (peguei estes valores das tabelas de propriedades do R-12):
  • Entalpia do vapor saturado a \,32^\circ\mathrm{F}: \;h_g(32^\circ\mathrm{F})=98,37\\ \mathrm{Btu/lb}.
  • Entalpia do líquido saturado a \,85^\circ\mathrm{F}: \;h_f(85^\circ\mathrm{F})=44,02\\ \mathrm{Btu/lb}.
    (Obs.: eu declarei explicitamente que peguei esses números das tabelas do R-12; em uma prova você deve citar ou usar a tabela que o professor forneceu.)

Passo 5

Calcular o efeito frigorífico por libra (diferença de entalpias):
\Delta h = h_g(32^\circ\mathrm{F})-h_f(85^\circ\mathrm{F}) = 98,37 - 44,02 = 54,35\\ \mathrm{Btu/lb}.
Interpretação: cada libra de R-12 que circula retira \,54,35\\ \mathrm{Btu} do ambiente a ser refrigerado.

Passo 6

Calcular a capacidade de refrigeração em \mathrm{Btu/h}:
\dot{Q}=\dot{m}\,\Delta h = 300\\ \mathrm{lb/h}\times 54,35\\ \mathrm{Btu/lb}=16305\\ \mathrm{Btu/h}.
Mostrei a conta passo a passo para você repetir sem calculadora (multiplicação direta).

Passo 7

Converter a capacidade para toneladas de refrigeração. Lembre que 1 tonelada de refrigeração equivale a 12000\\ \mathrm{Btu/h}. Então
\text{Toneladas}=\frac{16305}{12000}=1,35875\approx 1,36\\ \text{toneladas}.
Arredondei para duas casas decimais, que é o formato habitual para este tipo de resposta.

Passo 8

Resumo rápido e ânimo: você transformou a vazão em \mathrm{lb/h}, pegou entalpias nas tabelas do R-12, subtraiu para obter o efeito por libra, multiplicou pela vazão e converteu para toneladas. Dá pra repetir isso em prova rapidinho — respira fundo, você consegue!

Resposta

16305\\ \mathrm{Btu/h}
1,36\\ \text{toneladas}