Considerando a água como substancia pura determine as propriedades para os estados abaixo e esboce os pontos em um diagrama Pv qualitativamente.
Pressão (kPa) = 600, V. Específico (m³/kg) = 0,39383
Pressão (kPa) = 600, V. Específico (m³/kg) = 0,39383
Passo 1
O que o enunciado dá e o que pede (peguei os dados do enunciado):
- Pressão:
. - Volume específico:
.
O enunciado pede que se determinem as propriedades desse estado (ou seja: identificar a fase — líquido saturado, mistura saturada, vapor superaquecido ou líquido comprimido — e obter a temperatura/valores relevantes) e que se esboce qualitativamente o ponto em um diagrama
–
.
Passo 2
Conceitos básicos úteis (explicação didática)
- Para uma substância pura (água) a curva de saturação numa carta
– forma o “domo” (região dentro do domo = mistura líquido–vapor). - Em uma dada pressão
existem duas propriedades saturadas importantes: o volume específico do líquido saturado e o volume específico do vapor saturado . - Se
→ líquido comprimido; se → mistura (duas fases) e a qualidade (fração de massa vapor) é
- Se
→ vapor superaquecido. - Para saber se
está abaixo, entre ou acima de e é preciso consultar a tabela de água saturada à pressão dada (tabela de vapor saturado). Vou usar os valores tabelados para .
Passo 3
Valores da tabela de vapor saturado à pressão
(dados retirados da tabela de água saturada):
- Temperatura de saturação:
- Volume específico do líquido saturado:
- Volume específico do vapor saturado:
(Obs.: os três números acima foram obtidos consultando a tabela de vapor saturado para
.)
Passo 4
Comparação e classificação do estado
- Temos
e a tabela dá . - Como
o estado está na região de vapor superaquecido (à direita da linha de vapor saturado).
Passo 5
Como estimar a temperatura do vapor superaquecido (método prático e passo a passo)
- Quando temos vapor claramente superaquecido e não dispomos diretamente da tabela de vapor superaquecido, uma estimativa razoável (muito usada em prova quando se permite aproximação) é usar a equação dos gases perfeitos na forma:
onde:
-
é a pressão em , -
é o volume específico em , -
é a temperatura absoluta em kelvin, -
é a constante específica do vapor d’água: . (Aqui usamos unidades compatíveis: .) - Isolando
:
- Substituindo os valores (fazendo as contas passo a passo):
- Converter para Celsius:
Interpretação: esta é uma estimativa pela hipótese de gás ideal. Para vapor bastante superaquecido essa aproximação é aceitável; perto da região de saturação a diferença para tabelas reais pode ser relevante. Aqui o deslocamento em volume para a direita do
indica uma superaquecimento moderado, então a estimativa tem utilidade prática até se consultar a tabela de vapor superaquecido para obter valores exatos de
.
Passo 6
Sobre outras propriedades termodinâmicas (entalpia, energia interna, entropia)
- Para obter
, , com precisão é preciso consultar a tabela de vapor superaquecido à pressão e à temperatura encontrada (ou interpolar entre linhas de tabela). - Método prático para a prova (se não houver tabela de superaquecido): usar
- o valor saturado como referência e adicionar
para estimar a variação de , aproximando por um valor médio (por exemplo para vapor a essas temperaturas).
- o valor saturado como referência e adicionar
- Ex.: estimativa grosseira da elevação de entalpia relativa ao ponto saturado:
Mas não dou aqui valores numéricos exatos de
porque exigem tabelas ou integração com
; se quiser eu faço essa estimativa numérica usando um
assumido (diz qual nível de aproximação prefere).
Passo 7
Como esboçar o ponto no diagrama
–
qualitativamente (instrução para desenhar na prova)
- Desenhar o domo de saturação (forma de gota).
- Marcar uma linha horizontal em
(essa reta corta o domo em dois pontos: à esquerda o líquido saturado com muito pequeno e à direita o vapor saturado com ). - O ponto do enunciado tem
, que fica à direita do ponto de vapor saturado nessa pressão. Então no esboço coloque o ponto um pouco à direita do corte do domo e escreva “vapor superaquecido” e a estimativa de temperatura .
Resposta
Fase: vapor superaquecido.
Temperatura estimada (pelo gás ideal):
Justificativa numérica: (valores de
obtidos na tabela de vapor saturado).
Temperatura estimada (pelo gás ideal):
Justificativa numérica: