Vapor d’água, a 2000 kPa e contendo
de umidade, é aquecido a pressão constante até
. Qual a quantidade de calor necessária por quilograma?
Passo 1
O enunciado (resumindo e deixando claro o que pede):
- Dados:
- Pressão constante
. - Vapor contendo
de umidade (isto é, em massa de água líquida misturada ao vapor). - Aquecimento até
à mesma pressão .
- Pressão constante
- Pergunta:
- Qual a quantidade de calor necessária por quilograma de mistura (isto é,
em ) para o processo descrito?
- Qual a quantidade de calor necessária por quilograma de mistura (isto é,
Passo 2
Interpretação do termo “6% de umidade” e definição de qualidade:
- Em termodinâmica de vapor, quando se diz que uma mistura tem
de umidade normalmente significa que da massa é água líquida e é vapor. Assim a qualidade (fração mássica de vapor) é
- Definição útil: a entalpia específica de uma mistura saturada (líquido + vapor) numa dada pressão é
onde:
-
é a entalpia específica do líquido saturado (kJ/kg), -
é a entalpia do vapor saturado (kJ/kg), -
é a entalpia latente (diferença ), -
é a qualidade (fração mássica de vapor). - Por que usamos entalpia? Para um processo à pressão constante, o calor trocado por unidade de massa é igual à variação de entalpia do sistema fechado (ou, para processos de escoamento, a entalpia também é o termo relevante). Em termos práticos usaremos:
onde
é a entalpia do vapor superaquecido na condição final
.
Passo 3
Obter os dados nas tabelas de vapor (steam tables):
- Vou usar valores padrão de tabelas de vapor saturado e de vapor superaquecido para
. Estes valores foram consultados em uma tabela padrão de vapor (steam tables). Os números usados aqui são: - Temperatura de saturação:
. - Entalpia do líquido saturado:
. - Entalpia latente:
.
(Logo.) - Entalpia do vapor superaquecido em
e : .
- Temperatura de saturação:
- Observação: estes valores numéricos foram lidos em tabelas padrão de vapor; em prova deve-se consultar as mesmas tabelas fornecidas.
Passo 4
Calcular a entalpia inicial
da mistura (estado saturado com
):
Substituindo os números (todos em
):
Calculemos passo a passo:
Passo 5
Calcular o calor específico necessário
:
- Já temos
(vapor superaquecido a e ). - Portanto
- Interpretação: é a energia térmica que deve ser fornecida para aquecer 1 kg da mistura nas condições iniciais até
à pressão constante de .
Passo 6
Verificação rápida e comentário prático (como checar na prova):
- Procedimento em provas:
- Identificar qualidade
a partir da “umidade”. - Consultar tabla de saturados em
para obter e . - Calcular
. - Consultar tabela de superaquecido em mesmo
e final para obter . - Fazer
.
- Identificar qualidade
- Se por acaso as tabelas não derem exatamente o mesmo número de
, pequenas diferenças (algumas unidades de kJ/kg) são normais; o procedimento é o que importa.