Complete o quadro a seguir com as propriedades termodinâmicas solicitadas:
Substância
P (bar)
v (
)
u (kJ/kg)
h (kJ/kg)
s (kJ/kgK)
x
d) Água
535
200
| Substância |
|
P (bar) | v (
|
u (kJ/kg) | h (kJ/kg) | s (kJ/kgK) | x |
| d) Água | 535 | 200 |
Passo 1
O enunciado pede que eu complete a linha (caso d) da tabela para água nas condições: temperatura
e pressão
. As grandezas a preencher são: volume específico
(em
), energia interna
(em
), entalpia
(em
), entropia
(em
) e título
.
Informações dadas (resumindo):
O que se pede: preencher para essa condição.
Informações dadas (resumindo):
O que se pede: preencher
Passo 2
Identificar a fase (importante para decidir como obter propriedades). Vou comparar temperatura e pressão com os limites de saturação/critério: a temperatura crítica da água é
e a pressão crítica é
. Aqui temos
e
.
Explicação didática: a região de vapor saturado existe para com uma curva de ebulição cuja temperatura de saturação
é menor que
. Se a temperatura do fluido a uma dada pressão é maior que
, o fluido está em fase de vapor (superaquecido) — mesmo que
. Para ser “supercrítico” é necessário ter simultaneamente
e
. Aqui temos
, logo o estado é vapor superaquecido (uma única fase gasosa). Portanto o título
(fração de vapor em mistura) não se aplica (estado monofásico: vapor superaquecido).
Explicação didática: a região de vapor saturado existe para
Passo 3
Como obter as propriedades numéricas: em termodinâmica prática usamos duas rotas principais
- Tabelas de vapor superaquecido (ou tabelas gerais IAPWS-IF97) que dão
diretamente para pares . - Se não houver tabela diretamente, pode-se usar equações (IAPWS-IF97) ou aproximações; além disso vale a relação termodinâmica exata entre
e :
onde
deve ser em
e
em
para que
tenha unidades de
.
Didática sobre a relação: (entalpia) é definida por
. Rearranjando obtemos a fórmula usada para calcular
quando conhecemos
e
.
Didática sobre a relação:
Passo 4
Consultar tabela de vapor superaquecido (ou usar IAPWS-IF97). No procedimento de prova você faria: localize a tabela de vapor superaquecido para a pressão
e leia a linha correspondente a
. Esses valores são tabelados porque a água/steam é uma substância real e foge do comportamento ideal simples a pressões elevadas. Aqui adoto os valores obtidos por consulta a tabelas/implementações IAPWS-IF97 (método padrão):
- volume específico:
- entalpia:
- entropia:
Observação didática: esses números vêm de tabelas/rotinas de propriedades termodinâmicas para vapor superaquecido; em prova, se você tem tabelas, copie a coluna apropriada; se tiver IAPWS-IF97 num computador/calculadora, use a função correspondente.
Passo 5
Calcular a energia interna
a partir de
e
usando
. Primeiro converto a pressão para
porque as tabelas usam normalmente kJ e kPa:
Calculo o termo
:
Agora:
Explicação didática: sempre confira unidades —
. Esse cálculo transforma a entalpia tabelada em energia interna.
Passo 6
Decidir o que colocar em
(título). Como já determinamos, o estado é vapor superaquecido (única fase — não há mistura líquido-vapor), logo
não se aplica. Em tabelas/relatórios costuma-se escrever “N/A” ou traço. Didática curta:
só é definido entre 0 e 1 para mistura líquido/vapor na curva de saturação; fora dessa curva (vapor superaquecido ou líquido comprimido/superaquecido) não existe
.