Questão 2.

Vapor d’água superaquecido, a 500 kPa e 300^circ C, expande-se isentropicamente até 50 kPa . Qual é a sua entalpia final?

Passo 1

O enunciado descreve uma expansão isentrópica de vapor d’água superaquecido do estado inicial 500 kPa e 300^circC até a pressão final de 50 kPa. O conteúdo é termodinâmica de vapor (tabela de vapor d’água) e vamos precisar:
1. Determinar no estado 1 as propriedades h1 e s1 em tabelas de vapor superaquecido.
2. Usar a isentrópica ( s2=s1) no estado final a 50 kPa.
3. Verificar se o vapor se encontra na região bifásica e, se sim, calcular a qualidade x.
4. Calcular a entalpia final h2.

Passo 2

Na tabela de vapor superaquecido, para p1=500 kPa e T1=300^circC (valores típicos de tabela):
h1 approx 3055 kJ/kg, s1 approx 6,84 kJ/(kgcdot K)

Passo 3

No estado 2, a pressão é p2=50 kPa e, por ser processo isentrópico,
s2 = s1 = 6,84 kJ/(kgcdot K)
Consultando a tabela de vapor saturado a p2=50 kPa (Tsat approx 81,3circC), obtemos:
hf = 340,5 kJ/kg, sf = 1,091 kJ/(kgcdot K),
hg = 2583,9 kJ/kg, sg = 8,150 kJ/(kgcdot K)
Como sf < s2 < sg, o vapor final está na mistura líquido–vapor.

Passo 4

A qualidade x da mistura no estado 2 vem de
x ;=;s2 - sfsg - sf =6,84 - 1,0918,150 - 1,091 approx 0,85

Passo 5

Com x conhecido, calcula-se a entalpia final
h2 = hf + x,(hg - hf) =340,5 + 0,85,(2583,9 - 340,5) approx 2247 kJ/kg

Resposta

A entalpia final do vapor após a expansão isentrópica até 50 kPa é
boxedh2 approx 2247 kJ/kg

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