Determine o calor necessário para transformar
de água em estado de líquido saturado para vapor saturado. Considere uma transformação isobárica de pressão
. Esboce essa transformação em um diagrama Pv. Após os cálculos faça uma pesquisa e defina o termo calor latente.
Passo 1
Beleza, vamos resumir: a gente tem 0,5 kg de água líquida saturada e quer convertê-la em vapor saturado à pressão constante de 0,1 MPa. Isso é Termodinâmica pura, mais precisamente mudanças de fase. Para resolver, vamos precisar dos valores de entalpia do líquido saturado (
) e do vapor saturado (
) na tabela de vapor à 0,1 MPa. A partir daí, calculamos o calor trocado.
Passo 2
Vamos buscar na tabela de vapor (ou tabela de propriedades termodinâmicas da água) os valores a 0,1 MPa (que equivale a 1 bar, ou cerca de 100 °C de temperatura de saturação):
-
(entalpia do líquido saturado) ≃ 419 kJ/kg -
(entalpia do vapor saturado) ≃ 2676 kJ/kg
Passo 3
Para mudar de fase, o calor necessário é
onde
é a entalpia de vaporização (o famoso calor latente).
Calculando:
Calculando:
Passo 4
No diagrama
–
isso fica muito simples de esboçar:
– Marca uma linha horizontal (porque a pressão é constante) a MPa.
– No ponto onde essa linha cruza a curva de líquido saturado (volume ) começa o processo.
– Ele segue para a direita até cruzar a curva de vapor saturado (volume ).
Assim a gente vê a mudança de fase isobárica de líquido para vapor.
– Marca uma linha horizontal (porque a pressão é constante) a
– No ponto onde essa linha cruza a curva de líquido saturado (volume
– Ele segue para a direita até cruzar a curva de vapor saturado (volume
Assim a gente vê a mudança de fase isobárica de líquido para vapor.
Passo 5
Calor latente é justamente o calor que você precisa fornecer (ou retirar) pra uma substância mudar de fase sem alterar a temperatura. No caso da água, esse calor vai “quebrar” as ligações entre as moléculas no líquido, virando vapor, mas a temperatura continua a mesma enquanto durar a mudança de fase.
Resposta
O calor necessário é
e o calor latente é a energia por kg necessária para a mudança de fase sem variação de temperatura.