- Determine o valor do volume específico do vapor d’água para um estado onde
e
.
Passo 1
O enunciado pede: determinar o volume específico do vapor d’água para o estado dado por
e
.
Informações fornecidas: e
. O que se deseja é o volume específico
em
.
Informações fornecidas:
Passo 2
Primeiro passo físico: verificar se, nessas condições, a água está na fase saturada, líquida, vapor saturado ou vapor superaquecido. Para isso precisamos da temperatura de saturação à pressão dada. Peguei da tabela de água saturada (tabelas de vapor saturado) o valor
Como a temperatura do estado é
e isso é maior que
, concluímos que o fluido é vapor superaquecido (superheated vapor). Portanto devemos usar as tabelas de vapor superaquecido ou uma equação de estado apropriada para vapor.
Passo 3
Métodos disponíveis para obter
:
- Uso direto das tabelas de vapor superaquecido (método padrão e mais preciso para engenharia).
- Estimativa pelo gás ideal usando a equação de estado
como checagem rápida.
Vou mostrar os dois: primeiro a estimativa pelo gás ideal (para entender as grandezas e conferir ordem de grandeza) e depois o valor correto retirado da tabela de vapor superaquecido.
Passo 4
Explicando a equação do gás ideal e as unidades:
A equação do gás perfeito por unidade de massa é
A equação do gás perfeito por unidade de massa é
onde:
-
é o volume específico em , -
é a constante do gás para o vapor d’água, (note que ), -
é a temperatura absoluta em kelvin, -
é a pressão em .
Convertemos os dados:
Aplicando a fórmula:
Agora calculamos passo a passo:
Essa é uma estimativa pelo gás ideal:
. Serve para checar ordem de grandeza, mas não é a resposta final porque o vapor real desvia um pouco do comportamento ideal a essas pressões.
Passo 5
Para obter o valor preciso usamos a tabela de vapor superaquecido (superheated steam tables). Nas tabelas, para
e
, o volume específico do vapor é registrado como
Declaro explicitamente: esse valor foi obtido lendo a tabela de vapor superaquecido (tabelas padrão de propriedades termodinâmicas da água/vapor).
Passo 6
Interpretação e comparação: comparando com a estimativa ideal,
e o valor da tabela
, vemos que o vapor real tem volume específico um pouco menor que o previsto pelo gás ideal (razão
), o que é razoável à pressão de
. Em provas, se a tabela for disponibilizada, leia diretamente delas; se não, use a aproximação do gás ideal lembrando do possível erro.