Considere a amônia como fluido de trabalho. Construa uma tabela que apresente os valores da pressão, temperatura, volume específico e título (se aplicável) para os seguintes estados:
b) 80 kPa e
;
b) 80 kPa e
Passo 1
O enunciado dá um estado do fluido amônia com as seguintes informações e pede que eu apresente pressão, temperatura, volume específico e título (quando aplicável):
- Pressão:
. - Temperatura:
.
O que se pede para esse estado:
- Informar o valor da pressão (já dado).
- Informar o valor da temperatura (já dado; também converter para Kelvin).
- Determinar o volume específico
(em ). - Determinar o título (qualidade)
quando aplicável, ou indicar por que não é aplicável.
Passo 2
Verificar em que região termodinâmica o estado está (líquido comprimido / saturado / mistura / vapor superaquecido). Para isso, compara-se a temperatura dada com a temperatura de saturação à pressão dada:
- A temperatura de ebulição normal da amônia à pressão atmosférica (
) é . Como a pressão do estado é , a temperatura de saturação correspondente a será menor que (pressão menor → temperatura de saturação menor). - A temperatura dada é
, que é muito maior que a temperatura de saturação correspondente a . Portanto o fluido, a e , encontra-se no estado de vapor superaquecido.
Observação didática: para decisão rigorosa normalmente consulta-se a tabela de saturação da amônia e verifica-se
. Aqui usamos a informação conhecida do ponto de ebulição à pressão atmosférica para concluir que
, logo o estado é superaquecido.
Passo 3
Como o estado é vapor superaquecido, o título
(fração mássica de vapor em mistura) não se aplica. Vou então obter o volume específico usando uma aproximação prática: tratar o vapor como gás ideal (válida como primeira aproximação se o vapor não estiver muito perto da região de saturação). Vou explicar e aplicar a fórmula:
- Lei dos gases ideais em forma por massa específica:
onde:
-
é o volume específico em , -
é a constante específica do gás em , -
é a temperatura absoluta em , -
é a pressão em . -
Calcular
para a amônia: , onde e é a massa molar da amônia. A massa molar da amônia é . Assim
Passo 4
Converter unidades e aplicar a fórmula:
- Temperatura absoluta:
- Pressão em pascal:
- Aplicando a lei dos gases ideais:
Calcule passo a passo:
Passo 5
Interpretação, precisão e anotações importantes para a prova:
- O estado é vapor superaquecido, logo o título
não se aplica (marcar “não aplicável” ou “—”). - O valor de
foi obtido assumindo comportamento de gás ideal. Para maior precisão (especialmente perto da região de saturação) deve-se consultar a tabela de vapor superaquecido da amônia ou usar dados de propriedades reais (tabelas ou equações de estado) e, se necessário, interpolar os valores da tabela. Aqui a diferença entre o valor ideal e o real costuma ser pequena quando a razão indica compressibilidade próxima de 1; mesmo assim, para trabalhos e provas de termodinâmica frequentemente pede-se consulta às tabelas — o procedimento de interpolação em tabelas superaquecidas deve ser aprendido e praticado. - Resumo prático para a prova: primeiro verificar se o estado é saturado (consultando tabela de saturação), depois, dependendo da região, usar fórmulas apropriadas:
- Se for mistura saturada:
. - Se for líquido comprimido: usar tabela de líquido saturado a pressão mais próxima (ou aproximar por
se o desvio for pequeno). - Se for vapor superaquecido: usar tabela de superaquecido ou, se permitido, aproximação de gás ideal
.
- Se for mistura saturada:
Resposta
Título (qualidade): não aplicável (vapor superaquecido)