Enunciado

Refrigerante-134a a 800 kPa e 25 °C é estrangulado até uma temperatura de -20 °C. Determine a pressão e a energia interna do refrigerante no estado final.

Passo 1

Temos que o balanço de energia pode ser dado por:

Δ U + E C + E P s i s t e m a = Q + W - Δ H + E C + E P c o r r e n t e s

Adotando a válvula estranguladora como sistema, temos as seguintes considerações:

  • A válvula opera em regime permanente, Δ U + E C + E P s i s t e m a = 0 ;
  • A válvula é adiabática, Q = 0 ;
  • A diferença de velocidades e altura entre as correntes são desprezíveis, Δ E C + E P c o r r e n t e s = 0 ;
  • Não há trabalho realizado, W = 0 .

Assim, o balanço de energia para a válvula fica da seguinte forma:

Δ H = 0

h 1 = h 2

Passo 2

Na tabela A-11 encontrada no final do livro, verificamos que precisaremos de fazer uma interpolação para encontrar a sua entalpia, assim:

25 - 24 ° C 26 - 24 ° C = h 1 - 84,98 k J / k g 87,83 - 84,98 k J / k g → h 1 = 86,405   k J / k g

Sabemos pelo balanço de energia que h 1 = h 2 , e, ao analisarmos a tabela A-11 a uma temperatura de -20 °C que é a temperatura de saída do refrigerante, vemos que a sua pressão a essa temperatura é de 132,82 kPa, além disso, temos:

h l = 25,49   k J / k g   e   h v = 238,41   k J / k g

Observe que h l < h 1 = h 2 < h v , ou seja, temos uma mistura saturada, assim:

h 1 = h 2 = h l + x h l v

Assim, o título da mistura na saída da válvula é:

x = h 2 - h l h l v = 86,405   k J / k g - 25,49   k J / k g 2 12 , 9 1   k J / k g = 0,2 861

Passo 3

Agora, para encontrarmos a energia interna da mistura, vamos utilizar a seguinte expressão:

u 2 = u l + x u l v

Assim, analisando a tabela temos os seguintes valores, u l = 25,39   k J / k g , u l v = 193,45   k J / k g , logo:

u 2 = 25,39   k J / k g + 0 , 2861 × 193,45   k J / k g = 80,74   k J / k g

Resposta

Assim, a energia interna específica do R-134a é de 80,74 kJ/kg e a pressão na qual ele sai da válvula é de 132,82 kPa.

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