QUESTÃO 1 ( 3,0 pontos) - Determinar a entalpia específica [kJ/kg] da água para as seguintes condições (na resolução referenciar de qual tabela foi retirado o valor)
\mathrm{T}=400^{\circ} \mathrm{C} e \mathrm{P}=300 \mathrm{kPa}

Passo 1

O enunciado pede: determinar a entalpia específica da água, em \mathrm{kJ/kg}, para as condições
\mathrm{T}=400^\circ\mathrm{C}\quad\text{e}\quad \mathrm{P}=300\\ \mathrm{kPa}.
Informações dadas:
\mathrm{T}=400^\circ\mathrm{C},\qquad \mathrm{P}=300\\ \mathrm{kPa}=0{,}3\\ \mathrm{MPa}.
Pergunta explícita: qual é o valor de h (entalpia específica) nessas condições, em \mathrm{kJ/kg}.

Passo 2

Identificar a fase (líquido comprimido, vapor saturado, vapor sobreaquecido, ou mistura) — isso diz qual tabela usar.
Explicação didática (passo a passo):
  • Para saber a fase, comparo a temperatura dada com a temperatura de saturação \mathrm{T_{sat}} à pressão dada. A temperatura de saturação é a temperatura na qual água líquida e vapor coexistem àquela pressão.
  • Vou obter \mathrm{T_{sat}} na tabela de vapor saturado (tabela de água saturada) para \mathrm{P}=0{,}3\\ \mathrm{MPa}.
Dados da tabela (retirado da tabela de vapor saturado — tabela de água saturada para pressão fixa, fonte: tabela de vapor saturado padrão):
\text{Para }\mathrm{P}=0{,}3\\ \mathrm{MPa}\text{ temos }\mathrm{T_{sat}}=133{,}52^\circ\mathrm{C}.
Observação: indiquei explicitamente que peguei \mathrm{T_{sat}} na tabela de vapor saturado (tabela de água saturada) para \mathrm{P}=0{,}3\\ \mathrm{MPa}.
Comparação:
\mathrm{T}=400^\circ\mathrm{C}>\mathrm{T_{sat}}=133{,}52^\circ\mathrm{C},
portanto o fluido está em estado de vapor sobreaquecido (vapor seco e com temperatura acima da de saturação) à pressão dada.

Passo 3

Escolher a tabela correta para ler h.
Explicação didática:
  • Como o estado é vapor sobreaquecido, usamos a tabela de vapor sobreaquecido (tabela que fornece propriedades do vapor a pressões constantes como função da temperatura).
  • Essa tabela é normalmente organizada por colunas de pressão (por ex. 0{,}1\\ \mathrm{MPa}, 0{,}2\\ \mathrm{MPa}, 0{,}3\\ \mathrm{MPa}, …) e dentro de cada coluna aparecem temperaturas (ex.: 200^\circ\mathrm{C},300^\circ\mathrm{C},400^\circ\mathrm{C}, etc.) com os valores de h, s, v, etc.
  • Procuro a coluna correspondente a \mathrm{P}=0{,}3\\ \mathrm{MPa} (ou 300\\ \mathrm{kPa}) e, nessa coluna, leio o valor de h correspondente a \mathrm{T}=400^\circ\mathrm{C}.
Referência usada para leitura:
  • Valor retirado da tabela de vapor sobreaquecido para \mathrm{P}=0{,}3\\ \mathrm{MPa} (tabela de propriedades do vapor sobreaquecido, tabela padrão de vapor / tabela IF97 ou tabela de “vapor sobreaquecido a pressão fixa” presente em livros e apostilas de termodinâmica). Eu explicito que o valor foi lido nessa tabela.

Passo 4

Leitura do valor na tabela de vapor sobreaquecido (para \mathrm{P}=0{,}3\\ \mathrm{MPa}).
  • Na coluna correspondente a \mathrm{P}=0{,}3\\ \mathrm{MPa} e na linha \mathrm{T}=400^\circ\mathrm{C} a tabela fornece o valor da entalpia específica do vapor: h (em \mathrm{kJ/kg}).
  • Não é necessário interpolar porque a tabela contém o registro direto para \mathrm{T}=400^\circ\mathrm{C} nessa pressão.
Valor lido (conforme a tabela de vapor sobreaquecido, \mathrm{P}=0{,}3\\ \mathrm{MPa}):
h=3263{,}0\\ \mathrm{kJ/kg}.
Obs.: este número foi obtido diretamente da Tabela de vapor sobreaquecido para \mathrm{P}=0{,}3\\ \mathrm{MPa} (tabela padrão de propriedades do vapor). Se você usar outra tabela/edição, pode encontrar valores muito próximos (diferenças na casa de unidades de \mathrm{kJ/kg} devido a arredondamentos).

Passo 5

Como proceder caso a tabela não tivesse exatamente \mathrm{T}=400^\circ\mathrm{C} (aula rápida sobre interpolação):
  • Se a tabela desse h em duas temperaturas próximas T_1 e T_2 com valores h_1 e h_2, e eu quisesse h em T tal que T_1<T<T_2, uso interpolação linear:
h = h_1 + (h_2-h_1)\,\frac{T-T_1}{T_2-T_1}.
  • Aqui cada quantidade ( T,T_1,T_2,h,h_1,h_2) está em unidades compatíveis ( ^\circ\mathrm{C} para temperatura e \mathrm{kJ/kg} para entalpia). Isso é prático e rápido para a prova.

Resposta

h=3263{,}0\\ \mathrm{kJ/kg}

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