3- Uma válvula de expansão termostática de equalização interna fornece refrigerante (R22) ao evaporador de um sistema de refrigeração.Esta válvula foi ajustada em fabrica para promover um superaquecimento de 5 K do fluido refrigerante na temperatura de evaporação de
. Determine o superaquecimento mantido pela válvula se a pressão na entrada do evaporador ao qual ela foi conectada é de 520 kPa e a perda de carga do mesmo é de 85 kPa .
Passo 1
O enunciado pede que eu determine o superaquecimento mantido pela válvula quando ela é conectada a um evaporador com as seguintes informações:
- A válvula foi ajustada de fábrica para fornecer um superaquecimento de
(ou seja, ) à temperatura de evaporação de . - A pressão na entrada do evaporador (ou seja, a pressão imediatamente após a válvula) é
. - A perda de carga (queda de pressão) através do evaporador é
.
O que se pede: calcular o superaquecimento efetivo (mantido) pela válvula nas condições reais do evaporador.
Passo 2
Entender como a válvula termostática de equalização interna age (explicação didática):
- A válvula possui três ações em equilíbrio: pressão do bulbo (que aumenta quando a temperatura do bulbo sobe), a força da mola (ajuste de fábrica) e a pressão de equalização (a pressão que age sob a membrana).
- No caso de equalização interna, a pressão de equalização é a pressão imediatamente na saída da válvula (ou seja, a pressão na entrada do evaporador, que aqui é
). Essa pressão é usada pela válvula para “conhecer” a pressão de saturção que ela está controlando. - O bulbo está colocado na linha de sucção, onde mede a temperatura do vapor que sai do evaporador (ou seja, mede a temperatura correspondente à pressão no final do evaporador, que é a pressão após a perda de carga).
- Definição de superaquecimento real (o que normalmente queremos):
, onde é a temperatura medida pelo bulbo (temperatura do vapor na saída do evaporador) e é a temperatura de saturação correspondente à pressão dentro do evaporador (no ponto relevante para cálculo do superaquecimento — aqui usaremos a pressão de saída do evaporador para ).
Passo 3
Raciocínio que leva à fórmula prática (passo a passo, sem pular etapas):
- A válvula foi ajustada para dar
quando a condição de evaporação era . Esse ajuste significa: com a pressão de equalização correspondente àquela condição inicial, o bulbo fica acima da temperatura de saturação usada para o ajuste. - Quando instalada no evaporador com perda de carga, há duas pressões relevantes:
- pressão usada pela equalização interna (pressão na entrada do evaporador):
; - pressão no final/saída do evaporador (após perda de carga):
.
- pressão usada pela equalização interna (pressão na entrada do evaporador):
- A válvula, por ser de equalização interna, vai “referenciar” a temperatura de saturação correspondente a
quando compara com a pressão do bulbo. Ou seja, para manter o mesmo pré-ajuste da mola, o bulbo tenderá a estabilizar numa temperatura igual a Explicando: a válvula tenta manter a mesma diferença de bulbo para a temperatura de saturação associada à pressão que ela usa (a igualização interna). Assim o bulbo fica acima de . - Mas o superaquecimento real em relação à pressão efetiva do vapor que sai do evaporador (que corresponde a
) é - Substituindo a expressão de
acima obtemos a fórmula chave: Comentário didático: a diferença de saturação é positiva quando , logo o superaquecimento real aumenta em relação ao ajuste se houver perda de carga (isto é esperado fisicamente).
Passo 4
Aplicando os valores numéricos das pressões (ainda sem tabelas):
- Calcular
: - A fórmula para o superaquecimento mantido fica então:
- Observação importante (prática para prova): para obter o valor numérico de
e de você deve consultar a tabela de saturação do refrigerante R22 (ou usar o diagrama pressão-temperatura). Esses valores são propriedades do R22 e não podem ser obtidos por pura álgebra — precisam da tabela/curva do fluido.
Passo 5
Como proceder para obter o valor final na prova (passo a passo prático):
- Consulte a tabela de saturação do R22 e leia as temperaturas de saturação correspondentes a
e . Anote: - Calcule a diferença
. - Calcule o superaquecimento mantido:
- Interprete: se
(o que ocorre quando ), então o superaquecimento real será maior que .
Nota final e importante: como o enunciado não forneceu a tabela de saturação do R22, não posso fornecer aqui o número final com certeza. Se você me fornecer (ou consultar) a tabela de saturação do R22 para
e
, eu faço a substituição e entrego o valor numérico exato. Enquanto isso, a expressão acima é a resposta correta e pronta para uso na prova.