Água disponível a 1400 kPa e 450 K passa através de uma válvula de estrangulamento onde é mantida na saída a pressão constante de 140 kPa. Estime a temperatura na saída da válvula e a % em massa de água que se vaporiza (resp.:
;
).
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre uma água que está a uma pressão de 1400 kPa e temperatura de 450 K passando por uma válvula de estrangulamento. Nosso objetivo é descobrir qual será a temperatura da água na saída dessa válvula e também calcular a porcentagem de água que vaporiza durante esse processo. Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, mais especificamente sobre processos de expansão isentálpicos (onde a entalpia se mantém constante).
Passo 2
Primeiro, é importante entender o que acontece numa válvula de estrangulamento. Esse tipo de válvula realiza um processo chamado de expansão isentálpico, ou seja, a entalpia (
) da água antes da válvula é igual à entalpia após a válvula. Podemos escrever isso como:
Onde
é a entalpia na entrada e
é a entalpia na saída.
Passo 3
Para encontrar a temperatura na saída (
), precisamos primeiro encontrar as propriedades termodinâmicas da água nas condições de entrada e saída. Vamos consultar as tabelas de vapor d’água para as pressões de 1400 kPa e 140 kPa.
Passo 4
Na entrada, temos:
Consultando as tabelas, encontramos a entalpia
correspondente a essas condições.
Passo 5
Sabemos que:
Agora, com a pressão na saída
, podemos usar a entalpia
para encontrar a temperatura
na saída.
Passo 6
Para calcular a porcentagem de água que vaporiza, vamos considerar que parte da água permanece líquida e parte vaporiza. Podemos usar a relação de mistura para entalpia:
Onde:
-
é a entalpia do líquido saturado a 140 kPa, -
é a entalpia de vaporização a 140 kPa, -
é a fração de vapor (porcentagem que vaporiza).
Passo 7
Rearranjando a equação para encontrar
:
Com os valores de
e
da tabela para 140 kPa, substituímos na fórmula para encontrar a porcentagem de vaporização.
Resposta
A temperatura na saída da válvula é de aproximadamente
, e a porcentagem de água que se vaporiza é de
.