Questão 1.

Um recipiente contém 1 kg de água, com a presença de líquido e vapor em equilíbrio a 1000 kPa . Sabendo-se que o vapor ocupa 70 % do volume do recipiente, determine H e S para a massa total de H2 O(1 kg de H2 O).

Passo 1

O enunciado dá uma massa total de 1 kg de água num recipiente a P=1000 kPa, em equilíbrio saturado (líquido + vapor). Sabe-se que o vapor ocupa 70% do volume total. Queremos determinar a entalpia H e a entropia S dessa massa. Para isso vamos usar propriedades de água saturada (tabelas de vapor): volume específico saturado líquido l(vfr), vapor l(vgr), entalpias hf,,hg e entropias sf,,sg.

Passo 2

Definimos a qualidade x (fração mássica de vapor). O volume total é
V = (1-x),vf + x,vg
e o volume ocupado pelo vapor é
Vvap = x,vg
Como Vvap/V = 0,70, temos
x,vg(1-x),vf + x,vg = 0,70
Dessa equação isolamos x.

Passo 3

Reescrevendo e resolvendo para x:
x,vg = 0,70l[(1-x),vf + x,vgr] Longrightarrow x = 0,70,(vf/vg)0,30 + 0,70,(vf/vg)
Usando valores a P=1000 kPa (tabela):
vf=0,001127 m^3/kg, vg=0,1944 m^3/kg,
obtemos
vfvg = 0,005797,
x = 0,70times0,0057970,30 + 0,70times0,005797 approx 0,0134

Passo 4

A entalpia e a entropia específicas da mistura são
h = (1-x),hf + x,hg,
s = (1-x),sf + x,sg
De tabela a P=1000 kPa:
hf=762,8 kJ/kg, hg=2848,8 kJ/kg,
sf=1,91 kJ/(kg,K), sg=6,09 kJ/(kg,K)

Passo 5

Substituindo x=0,0134:
h = 0,9866times762,8 + 0,0134times2848,8 approx 791,7 kJ/kg,
s = 0,9866times1,91 + 0,0134times6,09 approx 1,97 kJ/(kg,K)
Como a massa total é 1 kg, H=h e S=s.

Resposta

H approx 792 kJ, S approx 1,97 kJ/K

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