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.: 3 8 2 , 4 6 K=1 0 9 , 3 1; 1 3 , 0 % ).

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 ( h1 = h2 ) 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:
P1 = 1400 kPa, T1 = 450 K
Consultando as tabelas, encontramos a entalpia correspondente a essas condições.

Passo 5

Sabemos que:
h2 = h1
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:
h2 = hf + x cdot hfg
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 x = h2 - hfhfg :
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 .

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