Utilizando de tabelas termodinâmicas determine as propriedades solicitadas para os estados termodinâmicos definidos (2,0 Pontos):
Fase, temperatura, entalpia e título se houver para Água a 4 bar e
Fase, temperatura, entalpia e título se houver para Água a 4 bar e
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede.
Dados fornecidos:
- Pressão:
. - Volume específico:
.
O enunciado pede:
- Fase (saturado líquido, mistura saturada, superaquecido, etc.);
- Temperatura do estado;
- Entalpia específica
; - Título (qualidade)
, se houver (aplicável somente se for mistura saturada).
Observação: para decidir a fase e obter
e
é necessário consultar tabelas termodinâmicas de água/vapor (tabelas de saturação e tabelas de vapor superaquecido). A seguir explico o passo a passo e uso valores típicos retirados de tabelas padrão (tabelas de vapor saturado e de vapor superaquecido). Sempre que eu usar algum valor da tabela eu direi explicitamente.
Passo 2
Conceito e critério prático para identificar a fase usando tabelas.
- Em uma pressão dada
existem, nas tabelas de saturação, as propriedades do líquido saturado (subíndice ) e do vapor saturado (subíndice ). Em particular os volumes específicos saturados são: - Regra prática:
- Se
então o estado é líquido comprimido (ou líquido sub-resfriado). - Se
então o estado é uma mistura saturada (liquido+vapor) e o título é dado por - Se
então o estado é vapor superaquecido (superheated vapor) — a temperatura será maior que a temperatura de saturação .
- Se
Vou aplicar esse critério para
e
.
Passo 3
Pegando os dados de saturação na pressão
(valores tirados de tabelas padrão de vapor saturado):
- Temperatura de saturação:
. (Note que .) - Volume específico do líquido saturado:
- Volume específico do vapor saturado:
Obs.: eu peguei esses três números das tabelas de saturação padrão (tabelas de água/steam tables).
Agora comparo
com
e
:
Portanto o estado NÃO está na região de saturação; está na região de vapor superaquecido (superheated vapor). Logo não existe título
(não aplicável).
Passo 4
Como é vapor superaquecido, a temperatura é maior que
. Para encontrar a temperatura e a entalpia específica devemos usar as tabelas de vapor superaquecido à pressão
. Uma maneira prática quando não se tem a tabela completa imediatamente disponível é estimar a temperatura aproximada pelo gás ideal para localizar a faixa de temperatura onde procurar na tabela:
Usando a equação aproximada do gás ideal para vapor (boa aproximação para vapor superaquecido moderado):
onde
da água é
e
em kPa (note que
).
Calculemos:
Converter para graus Celsius:
Esse valor é só uma estimativa para localizar a temperatura nas tabelas de vapor superaquecido: indica que o estado estará em torno de
a
para
.
Passo 5
Agora uso as tabelas de vapor superaquecido à pressão
(valores retirados de uma tabela padrão de vapor superaquecido). Nessa tabela normalmente vêm colunas com
,
e
para a dada pressão; procura-se a temperatura cuja
corresponde a
(ou interpola entre as linhas de temperatura).
Da tabela (valores tomados de tabela padrão; trate-os como valores tabulados aproximados):
- Para
e a tabela dá aproximadamente:
Se a tabela não desse exatamente
, faria-se interpolação linear em
entre as duas linhas de
mais próximas.
Portanto, o valor estimado de
que corresponde a
a
é aproximadamente
, e a entalpia associada (pela tabela) é
.
Passo 6
Interpretação final e observações para a prova (dicas):
- Sempre comece comparando
com e na pressão dada. Isso diz imediatamente a fase. - Se for mistura, use a fórmula do título
e depois . - Se for superaquecido, use a tabela de vapor superaquecido à pressão dada e localize a linha de
ou de e interpole se necessário. Se a tabela não listar diretamente, pode-se encontrar buscando a temperatura (estimada pelo gás ideal ou por referência) e interpolando. - No exame: deixe claro que os números foram retirados das tabelas e mostre a interpolação se tiver feito alguma.
Resposta
Fase: vapor superaquecido.
Temperatura: .
Entalpia: .
Título (qualidade): não aplicável (estado não é mistura saturada).
Temperatura:
Entalpia:
Título (qualidade): não aplicável (estado não é mistura saturada).