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Usando as tabelas termodinâmicas Verifique o estado termodinâmico da água em cada caso: (a) p = 10 MPa e T = 190𝑜𝐶 (b) p = 10 MPa e v = 0,03 𝑚3/𝑘𝑔 (c) T = 200𝑜𝐶 e v = 0,1 𝑚3/𝑘𝑔 (a) p = 10 MPa e T = 190𝑜𝐶 v 190 < 311 (temperatura de saturação), portanto a água está no estado líquido comprimido. Também podemos ver da tabela de água liquida comprimida ao lado (Pressão de 10 Mpa). De 0 até 310 graus a água está no estado líquido para essa pressão. (b) p = 10 MPa e v = 0,03 𝑚3/𝑘𝑔 Podemos ver da mesma tabela mostrada no item (a) para a água saturada na pressão de 10 MPa que 𝑣𝐿 = 0,001453 e 𝑣𝑉 = 0,01803. Como v é maior que o volume específico de vapor saturado, então a água está no estado de vapor superaquecido. Além disso, também podemos verificar a mesma coisa na tabela de vapor d’água superaquecido ao lado. (c) T = 200𝑜𝐶 e v = 0,1 𝑚3/𝑘𝑔 v 0,001157 < 0,10000 < 0,12721 Portanto a água está no estado de água saturada líquido + vapor Vamos calcular o título x da mistura bifásica para este caso. Lembrando que o título é definido como: 𝑥 = 𝑚𝑣 𝑚𝑙+𝑚𝑣 Se tivermos a massa total da água, podemos determinar a massa de vapor. 𝑥 = 𝑣 − 𝑣𝐿 𝑣𝑉 − 𝑣𝐿 = 0,1 − 0,001157 0,12721 − 0,001157 = 0,7841 𝑜𝑢 78,4% Será que o vapor da água pode ser considerado um gás ideal Na entrada da turbina, o estado é vapor superaquecido. Na saída, o estado é vapor saturado. Nessas condições, o vapor pode ser considerado um gás ideal? A temperatura é mantida constante e variamos p e v e medimos seus valores. Fazemos isso para várias temperaturas. As retas de temperaturas convergem para um mesmo valor. Esse valor é definido como a constante universal dos gases. Fator de compressibilidade é definido por Onde é o volume por mol do gás dado por , sendo M a massa molecular do gás. O fator de compressibilidade também pode ser expresso por Onde é a constante é a constante de um determinado gás com peso molecular M. Quanto mais próximo de 1 for o fator de compressibilidade, melhor é a aproximação para o modelo de gás ideal. Tabelas com os valores de R para alguns gases, para temperatura de 25 Celcius e pressão de 100 kPa, ou na pressão de saturação, se esta for menor que 100 kPa. Z tende a 1 quando a pressão se aproxima de zero, independente da temperatura. Note que para a temperatura de 300 K, o fator de compressibilidade é 1 para pressões abaixo de 10 Mpa. Esta análise vale também para o ar. Para outras substâncias puras, a análise qualitativa é similar. Podemos expressar a equação de estado de gás ideal de outras formas. Lembrando da definição de volume específico a equação fica: Também podemos expressar em termos do número de mols n: onde n = m/M. Concluindo: todo gás cuja equação de estado pode ser expressa por e sua energia interna u e entalpia h dependem apenas da temperatura é um gás ideal. Na região sombreado temos um erro menor que 1% ao admitirmos o modelo de gás ideal para a água. Se não fosse dado o R, como encontrar tendo o valor da constante universal ? É só fazermos , onde a massa molar da água é M = 18,01528 g/mol Vamos voltar a nossa situação do início da seção. Vc tem as seguintes medidas para a turbina: e e eee quer saber se o vapor d’ água pode ser tratado como um gás ideal. Para isso, o que você tem que fazer é basicamente pegar o volume específico da água das Tabelas Termodinâmicas e comparar com o volume obtido da equação de um gás ideal. Nessas condições é válido tratar o ar como um gás ideal? Se sim, determine a massa de ar no reservatório. Tratamento inicial com os dados no nitrogênio Agora vamos fazer um tratamento mais preciso usando o Diagrama de Compressibilidade Generalizado. Concluímos que a hipótese do gás ideal para este caso é bem válida. Agora vamos usar a equação dos gases ideais e encontrar a massa de ar.
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