Um tanque de
contém vapor de água a
e 15,0 bar. O tanque e seu conteúdo são resfriados até a pressão cair a 1,2 bar. Parte do vapor condensa durante o processo.
Calcule: (i) a quantidade de vapor que condensou (em
) e (ii) a quantidade de calor transferido do tanque.
Calcule: (i) a quantidade de vapor que condensou (em
Passo 1
Beleza, temos um tanque de volume fixo (V=10 m³) cheio de vapor de água inicialmente superaquecido a T₁=275 °C e P₁=15 bar. Depois a gente esfria tudo até a pressão cair pra P₂=1,2 bar e parte do vapor vira líquido.
Conteúdo da matéria: propriedades termodinâmicas do vapor (tabelas de vapor d’água), equilíbrio de fase (mistura líquida-vapor) e balanço de energia.
O que vamos precisar:
Conteúdo da matéria: propriedades termodinâmicas do vapor (tabelas de vapor d’água), equilíbrio de fase (mistura líquida-vapor) e balanço de energia.
O que vamos precisar:
- Obter o volume específico inicial
no estado superaquecido (tabelas ou equação de estado corrigida). - Calcular a massa total
. - No estado final (P₂), usar as propriedades de saturado
pra achar a qualidade . - Massa condensada
. - Balanço de energia: calor trocado
.
Passo 2
Calculando o volume específico inicial
.
Na tabela de vapor superaquecido (P₁=15 bar, T₁=275 °C) ou usando correção de gás real, encontra-se aproximadamente
Na tabela de vapor superaquecido (P₁=15 bar, T₁=275 °C) ou usando correção de gás real, encontra-se aproximadamente
Então a massa total no tanque é
Passo 3
No estado final P₂=1,2 bar a temperatura cai até a de saturação
. Da tabela de saturado em 1,2 bar achamos
Como o volume específico não muda (
) temos
Passo 4
Massa de vapor no final =
.
Massa condensada =
Massa condensada =
Passo 5
Agora o calor trocado. Pegamos entalpias nas tabelas:
- No estado inicial (superaquecido, 15 bar, 275 °C)
- No estado final (mistura em 1,2 bar)
Balanço de energia (volume fixo, sem trabalho de fluxo):
O sinal “–” indica que o calor saiu do tanque. Em valor absoluto,
foram removidos.
Resposta
(i) Massa condensada ≈ 5,03 kg de H₂O
(ii) Calor transferido do tanque ≈ 35,7 MJ (isto é, MJ, calor saindo)
(ii) Calor transferido do tanque ≈ 35,7 MJ (isto é,