12- Água a
e 2 MPa é submetida a um processo no qual o volume específico permanece constante até atingir título igual a 1. Qual é a pressão e qual é a temperatura da água no final do processo?
Passo 1
O enunciado dá as condições iniciais e pede duas coisas no final do processo. Vou listar claramente:
- Dados iniciais: temperatura inicial
e pressão inicial . - Processo: o volume específico permanece constante (processo isométrico/isochorico) até que o título (qualidade) atinja
(ou seja, até que se forme vapor saturado seco). - Perguntas: qual é a pressão final e qual é a temperatura final da água quando o título é
mantendo constante?
Observação: a resolução vai usar tabelas de propriedades da água (tabelas de vapor saturado e de vapor sobreaquecido). Quando eu citar valores numéricos de propriedades (como volume específico em um estado), vou dizer explicitamente que peguei esses valores nas tabelas.
Passo 2
Conceito importante — o que é volume específico e título:
- O volume específico
é o volume por unidade de massa, unidade comum . É uma propriedade intensiva que caracteriza o estado. - O título (qualidade)
é a fração em massa que está em vapor numa mistura líquido–vapor; significa vapor saturado seco (sem líquido).
No processo, comoé constante, o volume específico final é igual ao volume específico inicial :
Passo 3
Determinar o volume específico inicial
:
- Para o estado inicial usamos as tabelas de vapor sobreaquecido (superheated steam) na linha correspondente a
e . - Peguei o valor do volume específico na tabela de vapor sobreaquecido. O valor tabelado é
(afirmo explicitamente: este número foi obtido na tabela de vapor sobreaquecido para
e
.)
Passo 4
Entendimento do critério final (
) e como usaremos
:
- No final queremos
, isto é, estado de vapor saturado seco. Nas tabelas de vapor saturado, para cada pressão de saturação existe um volume específico do vapor saturado . - Como o processo é isométrico, a interseção com a linha de saturado ocorrerá quando
Ou seja, precisamos achar a pressão de saturação
tal que o volume específico do vapor saturado iguale
.
Passo 5
Buscar na tabela de vapor saturado o valor de
igual a
:
- Consultei a tabela de vapor saturado (tabelas de água) e procurei o valor de
que coincida com . - Nas tabelas encontrei que, para
(ou seja, ), o volume específico do vapor saturado é
(Esse valor foi lido diretamente da tabela de vapor saturado; portanto a pressão final que satisfaz
é
.)
Passo 6
Determinar a temperatura de saturação correspondente à pressão final:
- Na mesma tabela de vapor saturado, para
a temperatura de saturação (temperatura do vapor saturado) é
- Como o estado final é vapor saturado seco, a temperatura final é
.
Passo 7
Resumo lógico do raciocínio (para usar na prova):
- Passo prático para resolver esse tipo de questão: 1) calcular/ler
no estado inicial (usar tabela de vapor sobreaquecido quando está superaquecido); 2) na tabela de vapor saturado procurar a pressão cuja seja igual a ; 3) ler a temperatura de saturação correspondente — esses serão e . - Aqui fiz exatamente isso: li
em , encontrei que esse coincide com em , e então li a temperatura de saturação correspondente.
Resposta
Pressão final:
Temperatura final:
Temperatura final: