Determine as propriedades e estados físicos dos seguintes fluidos na tabela abaixo.
Fluido
Pressão
Temperatura
Vol. Específico
Entalpia
Título
a
150
-10
b
-10
0,75
c
500
267
d
7500
-20
e
ar
200
200
f
R 134 a
2100
82,2
Determine as propriedades e estados físicos do fluido
com Pressão de 500 kPa e Temperatura de 267 °C
| Fluido |
|
|
|
|
|
|||||||||||
| a |
|
150 | -10 | |||||||||||||
| b |
|
-10 | 0,75 | |||||||||||||
| c |
|
500 | 267 | |||||||||||||
| d |
|
7500 | -20 | |||||||||||||
| e | ar | 200 | 200 | |||||||||||||
| f | R 134 a | 2100 | 82,2 |
Passo 1
O que o enunciado dá e o que pede (peguei os dados do enunciado):
- Pressão:
. - Temperatura:
.
O que é pedido:
- Determinar as propriedades e o estado físico do
nas condições acima (isto é: identificar se é líquido, vapor, mistura ou supercrítico e estimar propriedades como volume específico e entalpia).
Passo 2
Conceito importante sobre fases e ponto crítico (aula rápida):
- Cada substância tem um ponto crítico definido por
e . Para esses valores são aproximadamente: -
(ou ). -
.
-
- Regras práticas:
- Se
e entre pressão de saturação e crítica, a fase pode ser líquida, vapor ou mistura, dependendo de ou título. - Se
e a substância é supercrítica (não há distinção líquido/vapor). - Se
e não existe líquido estável (a substância está em fase gasosa, geralmente um vapor superaquecido ou gás real).
- Se
Compare os dados dados com o crítico (peguei os valores do crítico acima):
- A temperatura dada
é muito maior que ( ). - A pressão dada
é muito menor que ( ).
Conclusão física (sem cálculos ainda): como
mas
,
não pode ser líquido nem supercrítico aqui — está em fase gasosa (vapor superaquecido / gás). Em outras palavras: fase gasosa monofásica.
Passo 3
Estimativa do volume específico usando a aproximação de gás ideal (motivo e fórmula):
- Justificativa didática: com
bem acima do crítico e relativamente baixo, o tende a comportar-se aproximadamente como um gás ideal (desvio real existe, mas primeira estimativa razoável). Para uma estimativa rápida usamos a equação dos gases ideais:
onde:
-
é o volume específico ( ), -
é a constante do gás específico em , -
é a temperatura em , -
é a pressão em .
Calcular
do
:
- massa molar do
: . - constante universal:
.
Converter temperatura e pressão para SI:
Agora calcular
:
Interpretação:
é um valor típico de gás (muito maior que volumes específicos líquidos), confirmando a natureza gasosa.
Passo 4
Estimativa da entalpia usando a aproximação de gás ideal (como fazer na prova):
- Para um gás ideal, as variações de entalpia dependem só da temperatura:
onde
é a capacidade calorífica a pressão constante. Na prática de prova, podemos:
- escolher uma referência (ex.:
) e definir como referência arbitrária, e - aproximar
por um valor médio se não varia muito no intervalo.
Valores práticos (aproximação):
do
varia pouco na faixa considerada; um valor médio razoável entre
e
é
(este é um valor aproximado — tabelas ou software dão o valor preciso).
Calcular
:
Estimativa da entalpia relativa a
(ou seja,
por convenção escolhida):
Arredondando e lembrando que é estimativa:
(referência:
). Observação importante: entalpia absoluta depende da referência; tabelas de propriedades usam referências próprias — para valores exatos usar tabela/REFPROP/DATABASE.
Passo 5
Resumo interpretativo, limites da aproximação e recomendação:
- Estado físico: gás (vapor superaquecido / fase gasosa monofásica), porque
e . - As estimativas feitas usam aproximação de gás ideal e
médio; para alta precisão (ex.: provas exigindo 0{,}1% ou tabelas de termodinâmica) deve-se consultar tabela de propriedades reais do ou um software de propriedades (os desvios reais para a essa temperatura/pressão não são enormes, mas existem). - Resultado final aproximado útil para prova rápida e para raciocínio qualitativo.
Resposta
Estado físico: gás (vapor superaquecido / fase gasosa monofásica).
Volume específico aproximado: .
Entalpia aproximada (referência ):
.
Volume específico aproximado:
Entalpia aproximada (referência