Vapor d’água superaquecido, inicialmente a
e
, expande-se isentropicamente ao atravessar um bocal até uma pressão de descarga
. Determinar o estado do vapor (
) na saída do bocal para:
e
;
Passo 1
O enunciado fornece e pede o seguinte:
-
Dados fornecidos:
-
-
O que precisa ser determinado no ponto de descarga (saída do bocal):
- temperatura
, volume específico , título (qualidade) , energia interna específica e entalpia específica .
- temperatura
Observações claras (apenas identificação do pedido e dos dados): o fluxo atravessa o bocal de forma isentrópica (isto será usado nas etapas seguintes), portanto a condição essencial que vamos usar é
.
Passo 2
Entendimento físico e método: o processo é isentrópico, logo a entropia específica no ponto 2 vale a mesma do ponto 1:
Plano prático para encontrar as propriedades no ponto 2:
- Consultar tabela de vapor superaquecido em
e para obter (e opcionalmente para referência). - Como
e é conhecido, verificar nas tabelas de vapor saturado a entropia de líquido saturado e de vapor saturado a . - Se
então o vapor permanece superaquecido no ponto 2 (neste caso buscar em tabela superaquecida a ). - Se
então o fluido está na região de mistura saturada a (ou ponto exatamente saturado), e o título é dado por
- Se
- Se for mistura saturada, calcular
pela fórmula da mistura:
Uma forma prática e frequentemente usada para
é usar
(com
em kPa e
em m
/kg, o produto
tem unidade kJ/kg), então:
- Se for vapor superaquecido no ponto 2, consulta direta na tabela superaquecida para
e dá .
Nas próximas etapas vou aplicar exatamente esse plano usando valores de tabelas de vapor (saturado e superaquecido).
Passo 3
Pegando valores nas tabelas de vapor (valores usados abaixo foram obtidos das tabelas de vapor saturado e superaquecido padrão — estes números são os que serão usados nos cálculos).
- Propriedades no ponto 1 (tabela superaquecida para
, ): -
-
(apenas para referência) -
(apenas para referência)
-
(Obs.: os valores acima foram obtidos na tabela de vapor superaquecido para as condições dadas.)
Passo 4
Propriedades de saturado na pressão de descarga
(peguei estes números da tabela de vapor saturado a
):
- Temperatura de saturação:
- Entropias:
- Entalpias:
- Volumes específicos:
Passo 5
Determinar se o ponto 2 é superaquecido ou mistura saturada comparando
com
.
- Calculando:
- Como
, o vapor não é superaquecido a ; ele está na região de mistura saturada (ou seja, houve condensação parcial). Portanto o ponto 2 é mistura saturada à pressão e à temperatura de saturação .
Passo 6
Calcular o título (qualidade)
no ponto 2 pela fórmula da entropia da mistura:
Lembrando que
(isentrópico). Substituindo números:
Portanto o vapor na saída tem qualidade
, isto é, cerca de
de massa como vapor seco e
como líquido.
Passo 7
Calcular entalpia específica
e volume específico
da mistura usando as fórmulas de mistura:
- Entalpia:
Substituindo:
- Volume específico:
Substituindo:
Passo 8
Calcular a energia interna específica
. Usarei a relação
lembrando que
em kPa vezes
em m
/kg dá kJ/kg (unidades consistentes). Substituindo:
Então
Passo 9
Resumindo os resultados e fornecendo o estado final do vapor na saída do bocal:
- Temperatura: como está em mistura saturada à pressão
, . - Volume específico:
. - Título (qualidade):
. - Entalpia específica:
. - Energia interna específica:
.