Exercícios Resolvidos de Entalpia H

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Enunciado

Determine se a água é um vapor superaquecido, um líquido comprimido ou se ela está saturada, usando a tabela de propriedades dada. Considere o seguinte caso:

P = 125   k P a , U = 2550   k J e m = 1   k g .

Passo 1

Para saber se a água está em uma dessas três opções. Devemos comparar sua energia interna específica u com as energias internas específicas do vapor saturado u v e do líquido saturado u l . Mas como podemos fazer essa comparação se o enunciado só mostra valores de entalpia específica h na tabela? Convertendo os valores de entalpia para energia interna!

E como fazemos essa conversão? Reorganizando a fórmula de entalpia!

h = u + P ⋅ v     ⟹     u = h - P ⋅ v

Usando essa fórmula, podemos converter h l para u l e h v para u v .

u l = h l - P ⋅ v l

u v = h v - P ⋅ v v

O enunciado informa que:

P = 125   k P a

U = 25 50   k J

m = 1   k g

Para achar h l , h v , v l e v v temos que usar a tabela de saturação. Os valores estão na mesma linha da pressão de 125   k P a .

Porém ele não informa u diretamente. Para calculá-lo, precisamos lembrar que:

u = U m

Temos todos esses valores. Agora é só aprender a descobrir a fase da água! Faremos isso na próxima etapa.

Passo 2

Agora vamos comparar esses valores com as condições de saturação da água informadas pela tabela!

Se a energia interna específica u for maior que a energia interna específica do vapor saturado a 125   k P a de pressão u v , então a água é um vapor superaquecido.

S e   u > u v   ⟹   V a p o r   s u p e r a q u e c i d o

Se u for menor que a energia interna específica do líquido saturado a 125   k P a de pressão u l , a água é um líquido comprimido.

S e   u < u l   ⟹   L í q u i d o   c o m p r i m i d o

Por fim, se o valor de u estiver entre u l e u v , a água está saturada.

S e   u l ≤ u ≤ u v   ⟹   S a t u r a ç ã o

Sabendo disso vamos achar as três energias internas ( u , u l e u v ) e fazer a comparação!

Passo 3

Vemos que para P = 125   k P a as energias internas do líquido saturado u l e vapor saturado u v são:

u l = h l - P ⋅ v l ⟹ u l = 444,30 - 125 ⋅ 0,001048 ⟹ u l = 444,17   k J k g

u v = h v - P ⋅ v v ⟹ u v = 2685,35 - 125 ⋅ 1,37490 ⟹ u v = 2513,49   k J k g

Podemos calcular achar a energia interna específica da água pela fórmula.

u = U m ⟹ u = 25 50 1 ⟹ u = 25 50   k J k g

Comparando essa energia interna específica com as energias internas de saturação, vemos que:

u > u v

Logo a água é um vapor superaquecido!

Resposta

A água é um vapor superaquecido.

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