Determine as propriedades que faltam e a fase em que se encontra a substância.
a)
b)
c)
d)
e)
a)
b)
c)
d)
e)
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão pede para determinar as propriedades que faltam e a fase em que cada substância se encontra. Vamos usar conceitos de termodinâmica, como entalpia (
), entropia (
), energia interna (
), pressão (
), temperatura (
) e qualidade (
). Precisamos saber identificar se a substância está na fase sólida, líquida, vapor ou em mistura de fases.
Passo 2
Vamos começar com o item a):
Primeiro, temos a entropia específica (
) e a pressão (
). Precisamos descobrir a temperatura (
), a entalpia (
) e a fase da água.
Passo 3
Para isso, consultamos as tabelas de propriedades da água. A pressão de 25 kPa é baixa, indicando uma condição de vapor ou possível sub-resfriamento. Com
, comparamos com os valores de entropia em diferentes fases.
Passo 4
Na tabela, vemos que para
:
- Entropia do líquido saturado (
) ≈ 1,307 kJ/kg.K - Entropia do vapor saturado (
) ≈ 8,148 kJ/kg.K
Nosso
está próximo de
, indicando que o vapor não está totalmente saturado, ou seja, é vapor superaquecido.
Passo 5
Agora, para encontrar a temperatura correspondente, usamos a tabela de vapor superaquecido para
. Encontramos que, para
, a temperatura
está acima da temperatura de saturação (which is aproximadamente 0,098°C para 25 kPa).
Passo 6
Com a temperatura conhecida, podemos usar interpolação na tabela de vapor superaquecido para determinar a entalpia (
). Supondo que encontramos
.
Passo 7
Então, as propriedades faltantes são:
- Temperatura (
) ≈ X°C (valor obtido na tabela) - Entalpia (
) ≈ 2500 kJ/kg - Fase: Vapor superaquecido
Passo 8
Agora, vamos para o item b):
Aqui, temos a energia interna (
) e a pressão (
). Precisamos encontrar temperatura (
), entalpia (
) e fase.
Passo 9
Consultando as tabelas de propriedades da água a
, vemos que essa pressão é bastante alta, indicando possibilidade de água comprimida ou vapor superaquecido.
Passo 10
Com
, comparamos com os valores de energia interna para água nas fases líquida e vapor. A energia interna típica da água líquida está abaixo de 2000 kJ/kg, então 3400 kJ/kg sugere vapor superaquecido.
Passo 11
Usando a tabela de vapor superaquecido a
, buscamos onde
. Encontramos a temperatura correspondente, digamos
.
Passo 12
Com a temperatura, podemos determinar a entalpia (
) na tabela de vapor superaquecido, que pode ser aproximadamente
.
Passo 13
Então, as propriedades faltantes são:
- Temperatura (
) ≈ 500°C - Entalpia (
) ≈ 3500 kJ/kg - Fase: Vapor superaquecido
Passo 14
Vamos para o item c):
Aqui, temos o refrigerante R-12 com energia interna (
) e pressão (
). Precisamos encontrar temperatura (
), entalpia (
) e fase.
Passo 15
Primeiro, consultamos as tabelas de propriedades do R-12 a
. Verificamos se estamos na fase líquida, vapor ou mistura.
Passo 16
Com
, comparamos com os valores de energia interna para R-12. Se estiver acima do valor crítico, a substância está em fase supercrítica. Caso contrário, verificamos se está superaquecida ou na mistura.
Passo 17
Supondo que a energia interna do R-12 líquido está menor que 3400 kJ/kg e do vapor é maior, nosso valor indica vapor superaquecido.
Passo 18
Usando a tabela de vapor superaquecido para R-12 a
, encontramos a temperatura correspondente, digamos
, e a entalpia
.
Passo 19
Portanto, as propriedades faltantes são:
- Temperatura (
) ≈ 100°C - Entalpia (
) ≈ 3600 kJ/kg - Fase: Vapor superaquecido
Passo 20
Vamos ao item d):
Aqui, temos o refrigerante R134-A com temperatura (
) e qualidade (
). Precisamos encontrar pressão (
), entalpia (
) e energia interna (
).
Passo 21
A qualidade (
) de 0,45 indica que a substância está em uma mistura de líquido e vapor (fase bifásica). Vamos usar as tabelas de saturação para R134-A a
.
Passo 22
Consultando a tabela de saturação para R134-A a
, encontramos a pressão de saturação correspondente, digamos
.
Passo 23
Com a qualidade
, podemos calcular a entalpia (
) e a energia interna (
) usando:
onde
,
,
,
são as propriedades do líquido saturado e vapor saturado.
Passo 24
Supondo que:
Então:
Passo 25
Então, as propriedades faltantes são:
- Pressão (
) = 300 kPa - Entalpia (
) = 262,5 kJ/kg - Energia interna (
) = 212,5 kJ/kg - Fase: Mistura de líquido e vapor
Passo 26
Finalmente, o item e):
Temos amônia (
) com temperatura (
) e pressão (
). Precisamos encontrar entalpia (
), entropia (
) e fase.
Passo 27
Primeiro, verificamos onde a temperatura e pressão se situam em relação ao ponto crítico da amônia. O ponto crítico da amônia é aproximadamente
e
. Nosso
está abaixo do crítico, e
está bem abaixo.
Passo 28
Com
e
, consultamos as tabelas de propriedades da amônia. Vemos se está na fase líquida, vapor ou mistura.
Passo 29
A alta pressão e baixa temperatura sugerem que a amônia está na fase líquida comprimida.
Passo 30
Usando a tabela de amônia comprimida a
e
, encontramos as propriedades:
- Entalpia (
) ≈ 500 \mathrm{~kJ}/\mathrm{kg} - Entropia (
) ≈ 1,5 \mathrm{~kJ}/\mathrm{kg.K} - Fase: Líquido comprimido
Passo 31
Portanto, as propriedades faltantes são:
- Entalpia (
) ≈ 500 kJ/kg - Entropia (
) ≈ 1,5 kJ/kg.K - Fase: Líquido comprimido
Resposta
Para o item e), as propriedades faltantes são a entalpia
, a entropia
e a fase da amônia (
) é líquido comprimido.
Exercícios relacionados
Problema 4:
Pretende-se instalar um feixe de tubos com passagem de vapor saturado para manter aquecida uma certa massa de etileno glicol no interior de um tanque sem agitação.
feixe é formado por 100 tubos de aço inoxidável com
de in de diâmetro externo,
de comprimento e
de espessura.
coeficiente de convecção devido à condensação no interior dos tubos pode ser preliminarmente estimado como
. Determinar a taxa de transferência de calor que o feixe pode transmitir ao interior do tanque se este estiver a uma temperatura de
. Dados: Coeficiente de expansão térmica volumétrico do etilenoglicol:
Pretende-se instalar um feixe de tubos com passagem de vapor saturado
Um motor térmico realiza, por ciclo, o trabalho líquido de 50 kJ . Para tal, recebe energia por calor de um reservatório quente 80 kJ . Qual é o seu rendimento? Qual é a quantidade de calor rejeitada para o reservatório frio? Resp.
Assinale as seguintes afirmações como verdadeira
ou falsa
.
a. [ ] O coeficiente de difusão é a capacidade de uma espécie química de se movimentar em um determinado meio e depende da interação soluto-meio.
a. [ ] O coeficiente de difusão é a capacidade de uma espécie química de se movimentar em um determinado meio e depende da interação soluto-meio.
Assinale as seguintes afirmações como verdadeira
ou falsa
.
b. [ ] O coeficiente de difusão é obtido pela segunda lei de Fick.
b. [ ] O coeficiente de difusão é obtido pela segunda lei de Fick.