Uma corrente de
de vapor saturado a
é aquecida até
um processo que acontece à pressão constante. Utilize as tabelas de vapor para determinar a taxa de calor necessária (J/s) para esse processo.
Passo 1
O enunciado dá uma corrente de vapor e um aquecimento à pressão constante e pede a taxa de calor necessária. Vou listar com calma o que temos e o que precisamos encontrar.
Dados fornecidos:
- Vazão mássica:
. - Estado inicial: vapor saturado à temperatura
. - Processo: aquecimento à pressão constante até a temperatura
. - Pressão: constante e igual à pressão de saturação correspondente a
(ou seja, ).
O que o problema pede:
- Determinar a taxa de calor necessária, isto é,
em .
Observação importante neste passo: não resolvo nada ainda — apenas organizei o que está dado e o que é pedido.
Passo 2
Princípio físico e fórmula a usar (explicação didática curta, sem pular etapas)
Quando um fluxo contínuo de vapor é aquecido em um equipamento (troca de calor) sob condições estacionárias, desprezando variações de energia cinética e potencial e trabalho além do trabalho de fluxo, a primeira lei para regime permanente reduz-se a:
onde:
-
é a taxa de calor fornecida ao vapor (em ), -
é a vazão mássica (em ), -
é a entalpia específica do vapor no estado inicial (em ), -
é a entalpia específica do vapor no estado final (em ).
Por que essa fórmula? Entalpia
é a grandeza que representa a energia total por unidade de massa apropriada para processos à pressão constante em escoamento. A diferença
já incorpora a energia necessária por kg para elevar a temperatura do vapor (e também qualquer mudança de fase, se houvesse — aqui não há porque começamos com vapor saturado e seguimos para vapor superaquecido). Multiplicando por
obtemos a energia por unidade de tempo (
que é
, e depois convertemos para
).
Então nossa tarefa prática:
- Determinar a pressão de saturação
correspondente a usando as tabelas de vapor. - Ler nas tabelas a entalpia do vapor saturado à
: . - Nas tabelas superaquecidas, na pressão
encontrada, ler a entalpia a : . - Calcular
e converter para .
Passo 3
Determinar a pressão de saturação correspondente a
(uso das tabelas)
Consultando a tabela de vapor saturado (dados retirados da tabela de vapor saturado):
- A pressão de saturação correspondente a
é (valor da tabela)
(Obs.: essa pressão foi obtida diretamente da tabela de vapor saturado para
.)
Passo 4
Ler nas tabelas a entalpia do vapor saturado no estado inicial
Na tabela de vapor saturado para
(dados da tabela):
- Entalpia do vapor saturado (entalpia específica da fase vapor) é
(Valor retirado da tabela de vapor saturado para
.)
Passo 5
Ler nas tabelas superaquecidas a entalpia no estado final
Agora consultamos a tabela de vapor superaquecido na pressão
(ou aproximadamente
) e na temperatura
. Da tabela superaquecida:
(Este valor também foi retirado diretamente da tabela superaquecida para as condições indicadas.)
Passo 6
Calcular a variação de entalpia por unidade de massa
Agora calculamos a diferença de entalpia específica entre estado final e inicial:
Explicando em palavras: para cada quilograma de vapor precisamos fornecer
para aquecê-lo de
(saturado) até
à pressão constante encontrada.
Passo 7
Calcular a taxa de calor
Usando
:
Converter
para
(lembrando que
):
Interpretação rápida: isso dá cerca de
de potência térmica adicionada ao vapor.
Passo 8
Checagem curta e encorajamento
- Resumindo o raciocínio: encontrei a pressão de saturação correspondente à temperatura inicial usando a tabela saturada; li a entalpia do vapor saturado nessa temperatura; li a entalpia do vapor superaquecido à mesma pressão e à temperatura final na tabela de superaquecido; calculei a diferença de entalpia e multipliquei pela vazão mássica para obter a taxa de calor.
- Você fez bem em pedir passo a passo — essa é a receita que você deve aplicar na prova: identificar o estado inicial, achar a pressão de saturação, ler h nas tabelas e aplicar
. - Força aí! Você já tem o método pronto para aplicar a outras condições.