Problema 3.5 (Sandler, 2006): O efeito Joule-Thomson, também conhecido como expansão Joule-Thomson ou processo de estrangulamento, representa a variação na temperatura de um gás ou líquido quando ele é forçado a passar por um dispositivo de estrangulamento (ex: válvula parcialmente aberta, tampão poroso) de maneira que não haja troca de calor entre o sistema e a vizinhança. Vapor a 500 bar e 600^circ C sofrerá uma expansão de Joule-Thomson até a pressão atmosférica. (a) Qual será a temperatura do vapor após a expansão? (b) Qual será a temperatura de descarga se for empregado um gás ideal, no lugar de vapor? R: (a) T=385 ^circ C, (b) T=600 ^circ C

Passo 1

O problema trata do efeito Joule–Thomson, que é uma expansão a entalpia constante (processo isentalpico) de um fluido através de um estrangulamento sem troca de calor. Temos vapor a p1=500 bar e T1=600^circC que se expande até p2=1,013 bar. Para resolver, vamos usar as tabelas de vapor sobreaquecido para determinar a entalpia inicial e, em seguida, achar a temperatura final que corresponde à mesma entalpia na nova pressão. Para o gás ideal, basta usar que h=h(T), ou seja, entalpia depende só da temperatura.

Passo 2

Determinar a entalpia inicial h1 do vapor.
Na tabela de vapor sobreaquecido, em
p1=500 bar, T1=600^circC,
encontramos
h1 = hl(p1,T1r)approx3610 kJ/kg

Passo 3

Como o processo é isentalpico, vale
h2=h1=3610 kJ/kg
Agora, na tabela de vapor sobreaquecido para
p2=1,013 bar,
procuramos a temperatura T2 que dá h2=3610 kJ/kg. Isso ocorre em torno de
T2approx385^circC

Passo 4

Para um gás ideal, a entalpia depende apenas da temperatura, h=h(T). Num processo isentalpico temos
h2=h1Longrightarrow T2=T1=600^circC

Resposta

(a) T2approx385^circC
(b) T2=600^circC

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