Vapor dágua está contido em um reservatório regido fechado. Inicialmente, a pressão e a temperatura do vapor dágua são 15 bar e
, respectivamente. A temperatura é reduzida como resultado da transferência de calor com a vizinhança. Determine a pressão na qual a condensação se inicia e a fração da massa total que se encontra condensada quando a temperatura atinge
. Qual a percentagem do volume que é ocupada pelo líquido saturado no estado final?
Passo 1
Beleza, vamos dar uma resumida no que rolou. A questão é de Termodinâmica (equilíbrio de fases num tanque rígido e fechado).
– Temos vapor d’água inicialmente a 15 bar e 240 °C num volume fixo.
– Ao esfriar, a pressão cai até tocar a curva de saturação e aí começa a condensar.
– Precisamos:
– Temos vapor d’água inicialmente a 15 bar e 240 °C num volume fixo.
– Ao esfriar, a pressão cai até tocar a curva de saturação e aí começa a condensar.
– Precisamos:
- achar a pressão e temperatura onde surge o primeiro líquido (início da condensação);
- quando chegar em 100 °C (e ficar em equilíbrio saturado a 1,013 bar), qual fração de massa virou líquido;
- qual porcentagem do volume total é ocupada pelo líquido saturado.
Pra isso vamos usar a tabela de vapor superaquecido (pra achar o volume específico inicial) e a tabela de vapor saturado (pra achar v_g, v_f e P_sat em cada T).
Passo 2
Calcular o volume específico inicial
.
– Na tabela de vapor superaquecido, em e
encontramos (ou aproximamos pelo gás ideal)
– Na tabela de vapor superaquecido, em
Esse
permanece fixo durante todo o resfriamento (volume rígido).
Passo 3
Achar a T (e P_sat) onde começa a condensar:
– No ponto de virada, a fase gasosa fica exatamente saturada, ou seja
– No ponto de virada, a fase gasosa fica exatamente saturada, ou seja
– Usando tabela de vapor saturado, tabulamos
versus
e interpolamos para
. Isso dá
e a pressão de saturação correspondente
Passo 4
Quando a temperatura chega a 100 °C, passa a ser mistura saturada a
bar.
– Volume permanece . A fração mássica de vapor (qualidade) vem da regra das misturas:
– Volume permanece
com
e
.
– Resolviendo para :
– Resolviendo para
Então a massa condensada (líquido) é
Passo 5
Agora, qual fração do volume total é líquida?
– Volume do líquido: . Volume total:
.
– A fração volumétrica é
– Volume do líquido:
– A fração volumétrica é
ou seja cerca de 0,60 %.
Resposta
Pressão de início de condensação: ≈ 12,5 bar.
Fração da massa condensada a 100 °C: ≈ 90,6 %.
Percentagem do volume final ocupada pelo líquido: ≈ 0,60 %.
Fração da massa condensada a 100 °C: ≈ 90,6 %.
Percentagem do volume final ocupada pelo líquido: ≈ 0,60 %.