Determine as propriedades u, h e x (se aplicável) que faltam e a fase da substância: Nitrogênio a 200 k, P=200 kPa

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente precisa descobrir as propriedades (energia interna), (entalpia) e (qualidade, se for o caso) do nitrogênio nas condições de e . Além disso, vamos identificar em que fase o nitrogênio está nessa situação. Para isso, vamos usar as tabelas de propriedades do nitrogênio e entender um pouco sobre fases e propriedades termodinâmicas.

Passo 2

Primeiro, é importante saber os pontos críticos do nitrogênio para entender as fases possíveis. O ponto crítico é a temperatura e pressão acima das quais a distinção entre líquido e vapor desaparece. Para o nitrogênio:
  • Temperatura crítica ( ): aproximadamente
  • Pressão crítica ( ): aproximadamente
Como nossa temperatura é maior que , e a pressão é menor que , podemos já ter uma ideia preliminar da fase, mas vamos confirmar.

Passo 3

Agora, vamos verificar onde estão nossas condições de operação ( e ) em relação às curvas de saturação do nitrogênio. As curvas de saturação nos mostram as combinações de temperatura e pressão onde há coexistência de fases líquida e vapor.
Consultando tabelas ou gráficos de saturação do nitrogênio, percebemos que a temperatura de está acima da temperatura de saturação correspondente à pressão de . Isso significa que o nitrogênio está na fase gasosa pura.

Passo 4

Como o nitrogênio está na fase gasosa pura, a qualidade u = cv cdot T (que indica a fração de vapor em uma mistura líquido-vapor) não se aplica aqui. Portanto, não precisamos calcular h = cp cdot T .
Agora, vamos determinar as propriedades cv = 1.04 - 0.743 = 0.297 , kJ/(kg cdot K) e u = 0.297 , kJ/(kg cdot K) times 200 , K = 59.4 , kJ/kg na fase gasosa. Para isso, usamos as relações das propriedades específicas para gases. Em muitos casos, essas propriedades podem ser aproximadas usando:
h = 1.04 , kJ/(kg cdot K) times 200 , K = 208 , kJ/kg
Onde:
  • é a capacidade calorífica a volume constante.
  • é a capacidade calorífica a pressão constante.
  • é a temperatura em Kelvin.
Assumindo que o nitrogênio se comporta como um gás ideal (o que é uma boa aproximação a e ):
  • Para o nitrogênio,
  • E , onde para o nitrogênio é aproximadamente
Então:
Agora, calculando e :

Resposta

O nitrogênio a u = 59.4 , kJ/kg e h = 208 , kJ/kg está na fase gasosa pura. As propriedades são:
A qualidade não se aplica nessa condição.

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