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Cesgranrio · Petrobras · Técnico(a) de Operação Júnior · 2014 · questão 43

Cesgranrio Petrobras 2014 Física · Primeira lei da termodinâmica também em Física · Mudanças de estado físico

Questão 43

No sistema abaixo apresentado, água líquida saturada atravessa uma válvula.

Figura da prova, arquivo q43_fig01.png

Considerando as correntes de entrada e saída, a mudança da condição da corrente deve-se, sobretudo, ao fato de o fluido

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Resposta da banca: E

Resolução comentada

Situar o problema antes de calcular.

Assunto

Termodinâmica — primeira lei em volume de controle: estrangulamento (válvula) e vaporização por queda de pressão.

Objetivo

Decidir de onde veio a energia que vaporizou 15% da corrente. Não há fonte externa: a válvula não troca calor nem trabalho. Logo o calor latente sai da própria água, que esfria. Não há conta — o que se cobra é reconhecer o estrangulamento.

Conceitos para revisar

Válvula é estrangulamento

Uma válvula não tem eixo, logo não troca trabalho, e o fluido passa por ela rápido demais e por uma área pequena demais para trocar calor com o ambiente. A válvula não aquece nem esfria ninguém: ela só derruba a pressão.

\[q = 0 \qquad w = 0\]
\(q\)calor trocado por unidade de massa
\(w\)trabalho por unidade de massa

Primeira lei em regime permanente

Por unidade de massa, desprezando energia cinética e potencial. Com calor e trabalho nulos, o estrangulamento é isentálpico: a entalpia é a mesma dos dois lados da válvula.

\[q - w = \Delta h \quad\Longrightarrow\quad \Delta h = 0\]
\(\Delta h\)variação da entalpia específica entre saída e entrada

Título (fração de vapor)

Saída com título \(0{,}15\) significa líquido e vapor convivendo: a corrente está saturada, sobre a curva de saturação, e não em vapor superaquecido.

\[x = \dfrac{m_{\text{vapor}}}{m_{\text{total}}}\]
\(x\)título, a fração de vapor
\(m_{\text{vapor}}\)massa de vapor
\(m_{\text{total}}\)massa total da corrente

Na saturação, P e T andam juntos

Enquanto há líquido e vapor juntos, um valor de pressão manda no outro. É por isso que \(180\,^{\circ}\)C vem acompanhado de \(9{,}89\) atm. Se a pressão cai, a temperatura de saturação cai junto.

\[T = T_{\text{sat}}(P)\]
\(T_{\text{sat}}(P)\)temperatura de saturação na pressão \(P\)

Quem paga o calor latente

Calor latente é o preço da vaporização, não a promessa de que alguém de fora vai pagá-lo. Sem fonte externa, quem paga é o próprio fluido, e ele esfria: é o suor evaporando na pele e o botijão gelando na saída do gás.

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