Tem-se vapor de agua superaquecido nas condições apresentadas abaixo:
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Determinar as temperaturas de condensação e a energia liberada para que o vapor superaquecido se transforme em liquid saturado
Determinar as temperaturas de condensação e a energia liberada para que o vapor superaquecido se transforme em liquid saturado
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício sobre vapor de água superaquecido, que é quando o vapor está mais quente do que a temperatura de saturação para determinada pressão. O que precisamos descobrir são as temperaturas de condensação e a energia liberada quando esse vapor superaquecido se transforma em líquido saturado. Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, como tabelas de vapor e entalpia de condensação.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa vapor superaquecido. Quando o vapor está superaquecido, sua temperatura é maior que a temperatura de saturação para a pressão dada. Para encontrar a temperatura de condensação, precisamos encontrar a temperatura de saturação correspondente à pressão do vapor.
Para a primeira condição:
- Pressão, $ P = 1 \ kgf/cm^2 $
- Temperatura do vapor, $ t = 140^{\circ} \mathrm{C} $
Vamos consultar uma tabela de vapor para encontrar a temperatura de saturação correspondente a $ 1 \ kgf/cm^2 $.
Na tabela, vemos que para $ P = 1 \ kgf/cm^2 $ (que é aproximadamente $ 1 \ atm $), a temperatura de saturação é cerca de $ 100^{\circ} \mathrm{C} $.
Passo 3
Para a segunda condição:
- Pressão, $ P = 0,15 \ kgf/cm^2 $
- Temperatura do vapor, $ t = 80^{\circ} \mathrm{C} $
Novamente, consultamos a tabela de vapor para encontrar a temperatura de saturação para $ 0,15 \ kgf/cm^2 $.
Aproximadamente, para $ P = 0,15 \ kgf/cm^2 $, a temperatura de saturação é cerca de $ 60^{\circ} \mathrm{C} $. Como $ 80^{\circ} \mathrm{C} $ é maior que $ 60^{\circ} \mathrm{C} $, confirmamos que o vapor está superaquecido.
Passo 4
Agora, vamos calcular a energia liberada durante a condensação. A energia liberada quando o vapor condensa é chamada de entalpia de condensação ou calor de vaporização.
A fórmula para a energia liberada é:
Onde:
- $ Q $ é a energia liberada
- $ m $ é a massa do vapor
- $ \Delta H_{vap} $ é a entalpia de vaporização
Como o exercício não fornece a massa do vapor, vamos supor que queremos a energia por unidade de massa ($ m = 1 \ kg $).
Passo 5
Para a primeira condição ($ P = 1 \ kgf/cm^2 $):
A entalpia de vaporização da água a $ 100^{\circ} \mathrm{C} $ é aproximadamente $ 2257 \ kJ/kg $.
A entalpia de vaporização da água a $ 100^{\circ} \mathrm{C} $ é aproximadamente $ 2257 \ kJ/kg $.
Então, a energia liberada:
Passo 6
Para a segunda condição ($ P = 0,15 \ kgf/cm^2 $):
A entalpia de vaporização da água a $ 60^{\circ} \mathrm{C} $ é cerca de $ 2442 \ kJ/kg $.
A entalpia de vaporização da água a $ 60^{\circ} \mathrm{C} $ é cerca de $ 2442 \ kJ/kg $.
Então, a energia liberada:
Resposta
As temperaturas de condensação são $ 100^{\circ} \mathrm{C} $ para a pressão de $ 1 \ kgf/cm^2 $ e $ 60^{\circ} \mathrm{C} $ para a pressão de $ 0,15 \ kgf/cm^2 $. A energia liberada durante a condensação é de $ 2257 \ kJ $ para a primeira condição e $ 2442 \ kJ $ para a segunda condição, considerando 1 kg de vapor.