(Felder, p. 357, q. 27) Vapor saturado a
é aquecido até
. Use as tabelas de vapor para determinar:
a) A entrada de calor necessária (J/s) se uma corrente contínua fluindo a
é submetida a este processo a pressão constante. R:
.
b) A entrada de calor necessária (J) se 100 kg são submetidos ao processo em um recipiente de volume constante.
.
c) Qual é o significado físico da diferença entre os valores numéricos dos itens a) e b)? R : Resposta por conta do (a) discente.
a) A entrada de calor necessária (J/s) se uma corrente contínua fluindo a
b) A entrada de calor necessária (J) se 100 kg são submetidos ao processo em um recipiente de volume constante.
c) Qual é o significado físico da diferença entre os valores numéricos dos itens a) e b)? R : Resposta por conta do (a) discente.
Passo 1
O enunciado trata de aquecer vapor saturado a
até
em dois processos distintos:
- a) fluxo contínuo a pressão constante (sistema aberto), onde aplicamos a forma da Primeira Lei em regime permanente usando entalpias.
- b) corpo rígido de volume constante (sistema fechado), onde aplicamos a Primeira Lei no formato
, usando energias internas.
Para isso precisamos das propriedades do vapor nas tabelas de vapor: entalpia, energia interna e, se necessário, calor específico .
Passo 2
Constante pressão (fluxo contínuo
):
Estado : vapor saturado a
Estado
Estado
: vapor superaquecido a
e
da tabela de vapor superaquecido a
:
O calor fornecido por quilograma é
Como
, a taxa de calor é
Passo 3
Volume constante (
,
fixo):
O volume específico inicial é o do vapor saturado a :
O volume específico inicial é o do vapor saturado a
Energia interna inicial
Energia interna final a
em volume constante pode ser obtida por
Adotando um valor médio
para vapor superaquecido,
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Passo 4
A diferença numérica entre (a) e (b) decorre do trabalho de expansão (ou de fluxo) que o vapor realiza no processo a pressão constante. No caso isobárico parte do calor fornecido vai em
(trabalho de fronteira/fluxo), enquanto no volume constante esse termo é zero e todo calor aumenta apenas a energia interna.
Resposta
a)
b)
c) A diferença corresponde ao trabalho de expansão que ocorre em (a) e não ocorre em (b).
b)
c) A diferença corresponde ao trabalho de expansão