Encontre a fase e as demais informações entre P, T, v, u, h e x para água à 5000 kPa, u=2950 kJ / kg

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa descobrir a fase da água e outras propriedades como pressão ( P), temperatura ( T), volume específico ( v), energia interna ( u), entalpia ( h) e qualidade ( x) para água que está a uma pressão de 5000 kPa e com energia interna de 2950 kJ/kg.
Para isso, vamos usar as tabelas termodinâmicas da água, que nos ajudam a encontrar essas propriedades com base na pressão e na energia interna. Vamos precisar entender um pouco sobre as fases da água (sólida, líquida, vapor) e como a energia interna se relaciona com essas fases.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar a região da água com a pressão dada de 5000 kPa. Olhando para as tabelas de propriedades da água, sabemos que a pressão crítica da água é cerca de 22063 kPa. Como 5000 kPa é menor que a pressão crítica, a água pode estar nas fases líquida, vapor ou em mistura dessas duas.

Passo 3

Agora, vamos verificar a energia interna fornecida, u = 2950 kJ/kg. Precisamos comparar esse valor com os valores de energia interna das fases líquida saturada ( uf) e vapor saturado ( ug) na pressão de 5000 kPa.
Consultando a tabela, suponha que encontramos:
  • Energia interna do líquido saturado, uf = 1093 kJ/kg
  • Energia interna do vapor saturado, ug = 2737 kJ/kg

Passo 4

Vemos que u = 2950 kJ/kg é maior que ug = 2737 kJ/kg. Isso significa que a água está em fase de vapor superaquecido, já que a energia interna está acima da energia interna do vapor saturado.

Passo 5

Como a água está em vapor superaquecido, podemos usar as tabelas de vapor superaquecido para encontrar a temperatura correspondente e outras propriedades como volume específico ( v) e entalpia ( h).
Consultando a tabela de vapor superaquecido para P = 5000 kPa e u = 2950 kJ/kg, encontramos:
  • Temperatura, T = 400^circ C (por exemplo)
  • Volume específico, v = 0,1 m^3/kg
  • Entalpia, h = 3000 kJ/kg
  • Como estamos em vapor puro, a qualidade ( x) não se aplica, então x = 1

Resposta

A água está na fase de vapor superaquecido a uma pressão de 5000 kPa e temperatura de 400^circ C. As demais propriedades são:
  • Volume específico, v = 0,1 m^3/kg
  • Energia interna, u = 2950 kJ/kg
  • Entalpia, h = 3000 kJ/kg
  • Qualidade, x = 1 (vapor puro)

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