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
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)
, (b)
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
bar e
que se expande até
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
, ou seja, entalpia depende só da temperatura.
Passo 2
Determinar a entalpia inicial
do vapor.
Na tabela de vapor sobreaquecido, em
Na tabela de vapor sobreaquecido, em
encontramos
Passo 3
Como o processo é isentalpico, vale
Agora, na tabela de vapor sobreaquecido para
procuramos a temperatura
que dá
. Isso ocorre em torno de
Passo 4
Para um gás ideal, a entalpia depende apenas da temperatura,
. Num processo isentalpico temos
Resposta
(a)
(b)
(b)