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 7500 kPa e Temperatura de -20 °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 pede e quais dados temos (peguei estes dados da tabela enviada):
- Fluido:
. - Pressão:
. - Temperatura:
.
O objetivo aqui é determinar o estado físico (vapor, líquido comprimido, mistura saturada, supercrítico, etc.) e estimar propriedades solicitadas na tabela: volume específico( ), entalpia ( ) e título (quando aplicável).
Passo 2
Como decidir o estado físico: conceito de ponto crítico e comparação com
e
.
-
Explicação didática: o ponto crítico é a condição
acima da qual não existe distinção entre líquido e vapor — a substância fica em uma única fase chamada “fluido supercrítico”. Se e ao mesmo tempo, o fluido está no estado supercrítico (fase única) e o título (fração em massa vapor/liquido) não é aplicável. -
Valores críticos (valores conhecidos para
; uso comum em termodinâmica): (Esses são valores-padrão para nitrogênio:em torno de e em torno de .) -
Comparação com os dados:Conclusão: a condição dada tem temperatura maior que a crítica e pressão maior que a crítica → o nitrogênio está em estado supercrítico (fase única). Portanto o título
não se aplica.
Passo 3
Como estimar o volume específico
. Método 1 (aproximação simples): usar a equação dos gases ideais como estimativa rápida.
- Lembrete/teoria: para um gás ideal vale
, onde -
é a pressão (em ), -
é o volume específico (em ), -
é a constante específica do gás (em , lembrando que ), -
é a temperatura absoluta (em K).
-
- Cálculo de
para : , com e massa molar . - Converter
para Kelvin: - Aplicar
(com em ): - Interpretação didática: este valor é uma estimativa pelo modelo de gás ideal. Em pressões altas e especialmente em região supercrítica, o comportamento real se afasta do ideal — portanto esse
serve como referência rápida, mas pode diferir (normalmente o fluido real fica mais denso, ou seja, real pode ser menor que o estimado).
Passo 4
Estimativa da entalpia
. Métodos e limitações.
-
Teoria/lembrando: para um gás ideal a entalpia específica depende praticamente só de
: Para aproximação comconstante: . -
Escolha prática para estimativa: usar
e definir (apenas uma convenção para dar um número comparável). Para nitrogênio diatômico a perto de temperatura ambiente vale aproximadamente (valor aproximado — tabela fornece melhor precisão). -
Cálculo aproximado (assumindo
constante = ):
- Observação importante e didática: esse valor é apenas uma estimativa pelo modelo de gás ideal com
constante e depende da referência escolhida. Para um fluido em condição supercrítica a entalpia real pode ser sensivelmente diferente; a forma correta de obter é consultar tabelas/softwares de propriedades reais (p.ex. NIST, REFPROP) ou usar uma equação de estado (van der Waals, Redlich–Kwong, Peng–Robinson, etc.) calibrada para nitrogênio.
Passo 5
Título (qualidade) e conclusão sobre a fase.
- Como já concluído no Passo 2: a condição
está acima de e acima de . Logo: - Estado físico: fluido supercrítico (fase única, sem separação líquido-vapor).
- Título
: não aplicável (NA) nesse caso.
Passo 6
Resumo das limitações e recomendação prática para prova/uso em exercícios:
- Diagnóstico do estado (supercrítico) pode ser feito apenas com
e — sempre verifique estes valores críticos no início. - Para propriedades numéricas precisas (
, , outras), em regiões de alta pressão / supercríticas deve-se usar tabelas de propriedades reais ou uma equação de estado apropriada; a equação dos gases ideais serve só como aproximação rápida. - Se na prova o enunciado fornecer tabelas de propriedades reais para
, use-as. Se não houver acesso a tabelas e o examinador aceitar aproximações, apresente claramente o cálculo pelo gás ideal e indique as limitações (como fiz acima).
Resposta
Estado físico: fluido supercrítico (fase única).
Volume específico (aproximação ideal-gás): .
Entalpia (aprox. ideal-gás com , referenciada a
):
.
Título: não aplicável (NA).
Volume específico (aproximação ideal-gás):
Entalpia (aprox. ideal-gás com
Título: não aplicável (NA).