Considerando a água como substancia pura determine as propriedades para os estados abaixo e esboce os pontos em um diagrama Pv qualitativamente.
Temperatura (°C) = 100, Título = 0,5
Temperatura (°C) = 100, Título = 0,5
Passo 1
O enunciado dá os seguintes dados e pede que se determinem propriedades do estado correspondente e que se esbocem os pontos num diagrama
:
- Temperatura:
. - Título (qualidade):
(ou seja, da massa está em vapor). - O que será determinado (vou calcular as propriedades mais comuns pedidas em exercícios deste tipo): pressão de saturação
, volume específico do misto , massa específica , energia interna específica , entalpia específica e entropia específica .
Nada além desses dados foi fornecido.
Passo 2
Conceitos e fórmulas que vou usar (explicação didática, passo a passo):
- Quando a água está em equilíbrio líquido–vapor à temperatura dada
, a pressão vale a pressão de saturação correspondente a essa temperatura. Essa pressão é retirada das tabelas de água (tabelas de vapor saturado). - A qualidade
(título) é a fração em massa de vapor no misto. Se é líquido saturado, é vapor saturado. - Para uma propriedade específica
(por exemplo ) de um misto líquido–vapor, vale a fórmula de mistura linear em massa: onde é o valor da propriedade no líquido saturado e o valor no vapor saturado (ambos à mesma temperatura de saturação). - Em particular:
- A massa específica
do misto é . - Para obter
uso tabelas de água saturada à temperatura . Essas tabelas contém os valores diretamente (sem necessidade de interpolação quando a temperatura coincide com uma linha da tabela).
Passo 3
Peguei na tabela de vapor saturado (valores padrão de tabelas de água/steam tables) os seguintes números à temperatura
:
-
. -
. -
. -
. -
. -
pode ser obtido por (o termo é desprezivelmente pequeno), então . -
(em kJ/kg usando em kPa e dividindo por para converter para kJ): -
. -
.
(Observação: os números acima são valores padrão de tabelas; o produto
foi usado quando necessário para obter
.)
Passo 4
Calcular
explicitamente (mostrando a conta):
Passo 5
Pressão do estado (é a pressão de saturação à temperatura dada):
Passo 6
Volume específico do misto
usando
:
Arredondando de forma prática:
.
Passo 7
Massa específica
:
Passo 8
Energia interna específica do misto
:
Arredondando:
.
Passo 9
Entalpia específica do misto
:
Passo 10
Entropia específica do misto
:
Arredondando:
.
Passo 11
Como esboçar qualitativamente o ponto em um diagrama
(instrutivo e prático para a prova):
- Desenhe eixos: eixo vertical pressão
e eixo horizontal volume específico . - Trace a curva de saturação (a “cúpula”): ponto mais à esquerda é
(líquido saturado), ponto mais à direita é (vapor saturado) para cada . A curva fecha formando a região de duas fases (dentro da cúpula). - Para
a linha horizontal em intercepta a cúpula em dois pontos: o ponto da esquerda tem (líquido saturado) e o da direita tem (vapor saturado). - O estado com
fica sobre essa linha horizontal, entre os dois pontos, exatamente na posição . Marque o ponto em e . - Comentário prático: na prova basta desenhar a cúpula, traçar a linha de pressão correspondente e colocar o ponto na posição correta entre
e ; não é necessário desenho em escala perfeita, apenas a posição relativa (à esquerda líquido, à direita vapor, ponto do misto entre os dois).