Utilizando as tabelas de propriedades da água, determine os valores das propriedades específicadas para cada estado indicado. Em cada caso, esboce os diagramas
e
.
- Para
, determine o volume específico em
em
e entalpia específica
em
.
Passo 1
O enunciado dá um estado da água com as seguintes informações:
- Temperatura:
. - Pressão:
.
O que se pede:
- Determinar o volume específico
em . - Determinar a entalpia específica
em . - Desenhar/esboçar os diagramas
e (vou explicar como esboçar e onde colocar o ponto).
Passo 2
Verificar em que região do diagrama termodinâmico o estado se encontra (líquido comprimido, mistura saturada ou vapor superaquecido). Para isso preciso comparar a temperatura dada com a temperatura de saturação correspondente à pressão dada.
- Procurei o valor de temperatura de saturação para
na tabela de saturação da água (peguei esse dado da tabela de propriedades da água). O valor é
- Como a temperatura dada
é muito maior que , o vapor está na região de vapor superaquecido (superheated vapor). Logo devemos usar a tabela de vapor superaquecido a para ler e .
Passo 3
Explicar rapidamente o conceito e a estratégia de leitura nas tabelas (didática):
- A tabela de saturação fornece, para cada pressão, a temperatura de ebulição
e as propriedades na fase saturada: (volume específico líquido saturado), (volume específico vapor saturado), , , etc. - Se
para a mesma pressão, o vapor está superaquecido e as propriedades e dependem de e ; esses valores estão na tabela de vapor superaquecido organizada por pressões (ou por temperaturas) — basta localizar a linha e a coluna . - Eu peguei diretamente esses valores nas tabelas de vapor superaquecido para
e (isto é, reli os números da tabela).
Passo 4
Leitura direta das tabelas (valor retirado da tabela de vapor superaquecido para
e
; explicito que peguei estes números da tabela de propriedades):
Esses são os valores tabelados para vapor superaquecido a
e
.
Passo 5
Checagem rápida de coerência usando a aproximação do gás perfeito (apenas para avaliar se os valores tabelados são razoáveis):
- Converter
para Kelvin:
- Constante dos gases para vapor d’água:
. - Pressão:
. - Volume específico pelo gás perfeito:
- Comparando com o valor tabelado
, o valor real é menor que o ideal, o que é esperado pela compressibilidade do vapor a pressões relativamente altas. A relação fica em um valor plausível. Portanto os números tabelados são coerentes.
Passo 6
Como esboçar os diagramas
e
e onde marcar o ponto (passo a passo para desenhar na prova):
- Diagrama
: - Desenhe a curva em forma de “campânula” (domo) usual de vapor líquido: eixo vertical
, eixo horizontal . - À esquerda dentro do domo está a região líquido-saturado (pequenos
), à direita dentro do domo a mistura com vapor (maiores ). Fora do domo à direita está a região do vapor superaquecido. - Marque a linha de saturação (lado esquerdo
e direito ). Para a temperatura de saturação é : desenhe uma linha horizontal em interceptando o domo. - O estado
está bem acima do topo do domo; no eixo marque o ponto em e em . Esse ponto ficará à direita e acima do domo (região superaquecida). Rotule-o.
- Desenhe a curva em forma de “campânula” (domo) usual de vapor líquido: eixo vertical
- Diagrama
: - Eixo vertical
(escala log comum em esboços) e eixo horizontal . - Desenhe a família de curvas isotermais ou simplesmente a curva do domo (saturação) no plano
: à esquerda líquido, à direita vapor; a linha decresce com . - Para
desenhe uma linha horizontal a esse valor de pressão. Onde essa linha corta o domo está a condição de saturação; mas o estado real tem (superaquecido), então no gráfico marque o ponto na interseção dessa linha horizontal com . Esse ponto estará à direita do domo (vapor superaquecido) sobre a linha de .
- Eixo vertical
- Dica para a prova: os esboços não precisam de escala perfeita; apenas mostre claramente o domo de saturação, a linha de saturação correspondente a
ou e coloque o ponto na região de vapor superaquecido, rotulando , , e .