Enunciado

Refrigerante-134a entra na válvula de expansão de um sistema de refrigeração a 160 psia como líquido saturado e sai a 30 psia. Determine as variações de temperatura e de energia interna ao longo da válvula.

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

Temos que na entrada da válvula o R-134a entra como líquido saturado a uma pressão de 160 psia, vamos analisar a tabela A-11E no final do livro que é referente as propriedades do R-134a nas unidades inglesas.

Analisando a tabela encontramos que a 160 psia o R-134a se encontra a uma temperatura de 109,5 °F, possui uma entalpia de h 1 = 48,519   B t u / l b m e energia interna de u 1 = 48,101   B t u / l b m .

Passo 3

Pelo balanço de energia, temos que h 1 = h 2 , assim, vamos encontrar a temperatura e a energia interna que ele possui quando estiver com uma pressão de 30 psia. Ao analisar a tabela, vemos que a temperatura do R-134a a 30 psia é de 15,37 °C e:

h l = 17,006   B t u / l b m   e   h v = 105,32   B t u / l b m

Note que h l < h 1 = h 2 < h v , logo, temos uma mistura saturada, assim:

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

x = h 2 - h l h l v = 48,519   B t u / l b m - 17,006   B t u / l b m 88,313   B t u / l b m = 0,357

Agora, com o título da mistura saturada conseguimos calcular a energia interna final do R-134a, assim, consultando a tabela e usando a seguinte expressão, temos:

u 2 = u l + x u l v

u 2 = 16,939   B t u / l b m + 0,357 × 78,780   B t u / l b m = 45,06   B t u / l b m

Passo 4

Agora, conseguimos calcular as variações de temperatura e de energia interna ao longo da válvula, assim:

Δ T = T 2 - T 1 = 15,37   ° F - 109,5   ° F = - 94,13   ° F

Δ u = u 2 - u 1 = 45,06 B t u l b m - 48,101 B t u l b m = - 3,041   B t u / l b m

Resposta

Assim, teremos uma queda na temperatura de 94,13 °F e uma queda na energia interna de 3,041 Btu/lbm.

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