Utilizando de tabelas termodinâmicas determine as propriedades solicitadas para os estados termodinâmicos definidos:
Fase, temperatura, entalpia e título se houver para Água a 3 bar e
Fase, temperatura, entalpia e título se houver para Água a 3 bar e
Passo 1
O enunciado fornece e pede o seguinte (resumo claro):
- Dados do estado: pressão
e volume específico . - O que pedir: determinar a fase (estado físico), a temperatura, a entalpia específica e o título (qualidade) se for mistura (quando houver).
Informações relevantes que vou usar (vindas das tabelas termodinâmicas de vapor d’água à pressão de
):
- valores de saturização à pressão dada:
, (volume específico do líquido saturado), (volume específico do vapor saturado), (entalpia do líquido saturado), (entalpia do vapor saturado). - Fórmulas que vou usar (apenas listadas aqui; desenvolvimento na resolução):
e .
Passo 2
Explicando os conceitos básicos (aula rápida e amigável):
- Em uma tabela de vapor, para cada pressão de saturação estão listadas as propriedades do líquido saturado (subscrito
) e do vapor saturado (subscrito ). -
é o volume específico do líquido saturado (próximo de para a água em baixas e médias pressões). -
é o volume específico do vapor saturado (muito maior que ). - Se o volume específico do estado
está entre e , o fluido está em mistura saturada (parte líquido, parte vapor). A fração mássica de vapor chama-se título ou qualidade e varia entre (todo líquido) e (todo vapor).
-
- A entalpia específica do estado em mistura é obtida pela média ponderada:
, onde é o calor latente de vaporização na pressão dada.
Agora vou pegar os números da tabela de saturação à pressão
. Explicitamente: estou consultando a tabela de vapor saturado para
e extraindo os valores.
Valores retirados da tabela saturada à pressão
(peguei estes números da tabela):
Passo 3
Determinar a fase comparando
com
e
(passo direto e importantíssimo):
- Dado
. - Observando os valores da tabela:
e . - Fazendo a comparação:
- Conclusão: como
está entre e , o estado é uma mistura saturada (liquid + vapor). Portanto existe título entre 0 e 1.
Passo 4
Calcular o título (qualidade)
usando a fórmula da mistura. Explico a fórmula antes de aplicar:
- A fórmula
vem de escrever o volume específico da mistura como média ponderada: . Isolando chega-se à fórmula usada.
Agora substituo os números (mostrando a conta passo a passo):
Fazendo a divisão:
Comentário didático:
indica que aproximadamente
da massa está em fase vapor e
em fase líquida.
Passo 5
Calcular a entalpia específica do estado usando
. Explico a origem: entalpia da mistura também é média ponderada entre
e
com o mesmo
.
Primeiro calcule
:
Agora aplicar a fórmula:
Calculo do produto:
Somando:
Arredondando para precisão compatível com tabelas:
.
Passo 6
Resumo interpretativo (rápido, para fixar o raciocínio):
- A pressão fixa a temperatura de saturação; quando o volume específico cai entre
e temos mistura. - O título
vem diretamente da relação entre volumes específicos; depois usa-se para obter entalpia por mistura linear entre e . - Se
fosse maior que seria vapor superaquecido e precisaríamos da tabela de vapor superaquecido (ou equações de estado) para obter . Se fosse aproximadamente igual a ou menor, seria líquido comprimido ou sub-resfriado e também seriam necessárias tabelas/pressões adicionais.
Resposta
Fase: mistura saturada (líquido + vapor)
Temperatura:
Entalpia específica: (aprox.)
Título (qualidade): (ou
vapor)
Temperatura:
Entalpia específica:
Título (qualidade):