Determine a fase das substâncias a seguir e encontre os valores das quantidades ausentes.
R-410a:
?,
?
R-410a:
Passo 1
O enunciado dá claramente as seguintes informações e pede as grandezas indicadas:
- Dados fornecidos:
- Temperatura:
. - Volume específico:
.
- Temperatura:
- O que se pede:
- Determinar a fase da substância R-410a (ex.: líquido comprimido, mistura saturada líquido+vapor, vapor superaquecido).
- Determinar a pressão
(em Pa ou MPa) e a entalpia específica (em ) correspondentes às condições dadas.
Passo 2
Ideia geral e quais dados/propriedades são necessários:
- Para decidir a fase e obter
e é preciso comparar o volume específico dado com os volumes específicos de saturação à mesma temperatura: -
: volume específico do líquido saturado a . -
: volume específico do vapor saturado a .
-
- Esses valores (e também
) estão em tabelas termodinâmicas do R-410a ou em bases de dados (por ex. NIST/REFPROP, tabelas do fabricante, ou livro de propriedades de refrigerantes). Sem consultar essas tabelas não é possível obter numericamente e . - Portanto, o procedimento que vou explicar usa esses valores de tabela; se o enunciado não fornece a tabela, não se deve inventar números — vou mostrar como proceder passo a passo e as fórmulas finais que permitem obter
e assim que os números da tabela forem conhecidos.
Passo 3
Conceitos fundamentais (explicação didática, devagar e sem pular etapas):
- Saturção e pressão de saturação:
- Para uma substância pura, existe uma pressão de saturação
associada a cada temperatura de mudança de fase. Em fixa, o líquido saturado e o vapor saturado coexistem à pressão .
- Para uma substância pura, existe uma pressão de saturação
- Volumes específicos de saturação:
-
é o volume específico do líquido saturado à temperatura . É um número pequeno (ordem de a para líquidos refrigerantes). -
é o volume específico do vapor saturado à temperatura . É bem maior que (ordem de a , dependendo do refrigerante e da ).
-
- Como decidir a fase usando
: - Se
: substância é líquido comprimido (subresfriado) àquela . - Se
: substância é mistura saturada (parte líquido, parte vapor) àquela . - Se
: substância é vapor superaquecido àquela .
- Se
- Qualidade (fração mássica de vapor) para mistura saturada:
- Se a substância estiver na faixa de mistura, define-se a qualidade
por
-
varia entre (todo líquido saturado) e (todo vapor saturado).
- Se a substância estiver na faixa de mistura, define-se a qualidade
- Entalpia para mistura saturada:
- A entalpia específica
da mistura é
onde e são as entalpias do líquido e do vapor saturados à temperatura . - A entalpia específica
- Pressão:
- Se for mistura saturada (ou líquido saturado ou vapor saturado) àquela temperatura, então
- Se for líquido comprimido ou vapor superaquecido, a pressão não é simplesmente
e precisa ser obtida em tabelas/softwares para a combinação e (ou por equação de estado). Em problemas de exercícios, frequentemente a comparação com e já indica que é mistura e então .
Passo 4
Aplicando o critério de fase ao dado
:
- Passo operacional que faria com a tabela do R-410a:
- Consultar na tabela do R-410a os valores
e . - Comparar
com esses dois valores.
- Consultar na tabela do R-410a os valores
- Interpretação típica:
- Se
então é mistura saturada (líquido+vapor) e . - Se
então é líquido comprimido. - Se
então é vapor superaquecido.
- Se
- Observação prática: para refrigerantes como R-410a é comum que
à temperatura moderada (25^\circ\mathrm{C}) seja maior que e muito menor que ; portanto, na prática é bem provável que caia entre e , ou seja, mistura saturada. Mas reforço: isso precisa ser confirmado consultando a tabela específica do R-410a.
Passo 5
Cálculo da qualidade
e da entalpia
(fórmulas prontas; execute com os números da tabela):
- Se a comparação no Passo 4 indicar mistura saturada, calcule
- Depois calcule
- A pressão será
- Se a comparação indicar líquido comprimido ou vapor superaquecido, então deve-se usar tabelas ou software que forneçam
e para a combinação e ; nesses casos os valores não vêm diretamente das linhas de saturação.
Passo 6
Resumo prático do que você precisa fazer na prova (passo-a-passo que dá ponto):
- Abrir a tabela de propriedades do R-410a e localizar a linha de
. - Ler os valores:
, , , , . - Comparar
com e : - Se
→ é mistura saturada. Calcular e então com as fórmulas do Passo 5. Colocar . - Se
não for verdadeiro ou etc., seguir o caso apropriado (líquido comprimido ou superaquecido) e usar tabela/soft para obter e .
- Se
- Escrever a resposta com unidades e, se for mistura, informar também a qualidade
(em ou fração).
Passo 7
Observações finais, incentivo e dica rápida:
- Não desanime — o método é mecânico: pegar tabelas, comparar
, aplicar a fórmula de qualidade e interpolar somente se necessário (se a tabela não tiver exatamente , faz-se interpolação linear entre as linhas de temperatura mais próximas). - Se quiser, eu posso executar os cálculos numéricos para você se você me der os valores de tabela de R-410a para
: . Não peço que você me forneça o enunciado novamente — apenas os números da tabela; mas se preferir eu posso também buscar valores típicos (aproximados) e mostrar um exemplo numérico para prática.
Resposta
Fase: mistura saturada (líquido + vapor), se e somente se
.
Pressão: (valor a ser consultado na tabela do R-410a).
Entalpia: , com
.
Pressão:
Entalpia: