Por que a isóbara é horizontal dentro da cúpula de vapor?

Na região bifásica de uma substância pura, a pressão e a temperatura de saturação estão ligadas de forma unívoca (equação de Clausius–Clapeyron). A linha de pressão constante dentro da cúpula coincide então com uma isoterma e, no gráfico T–s, sai horizontal.

O que significa um título x = 0.7?

Na mistura, 70% da massa é vapor e 30% é líquido saturado. Com x calculam-se as propriedades específicas da mistura, por exemplo s = (1 − x) s_f + x s_g. Numa turbina o título importa porque as gotas de líquido erodem as pás.

Em que este esquema difere do vapor numa turbina?

Aqui há equilíbrio e uma substância pura. No escoamento há quedas de pressão, condensação fora do equilíbrio e impurezas. As propriedades são esquemáticas, não vêm de tabelas de vapor.

Para que se superaquece o vapor?

O superaquecimento leva o estado à direita da cúpula, onde x = 1: o vapor está seco. Assim reduz-se a erosão das pás e pode-se expandir o vapor até uma temperatura mais baixa, tirando mais trabalho do mesmo calor fornecido.

Vapor úmido no diagrama T–s

Região bifásica da água no diagrama T–s: curvas de saturação, isóbara horizontal, título x e superaquecimento.

Sobre o modelo

O vapor úmido é uma mistura em equilíbrio de líquido saturado e vapor saturado: a pressão e a temperatura estão ligadas pela curva de saturação e não se escolhem à parte. No diagrama temperatura–entropia, a região bifásica fica delimitada pela cúpula de vapor: à esquerda, a linha de líquido saturado (título x = 0); à direita, a de vapor saturado seco (x = 1); os ramos se encontram no ponto crítico. Dentro da cúpula a isóbara é horizontal — consequência da equação de Clausius–Clapeyron. O título é a fração mássica de vapor, x = m_g / (m_f + m_g); no T–s, a regra da alavanca dá x = (s − s_f) / (s_g − s_f). À direita da cúpula o vapor está superaquecido: a pressão constante, sobem a temperatura e a entropia. Pode-se escolher o nível de pressão e x; não entram tabelas de propriedades nem perdas de pressão no escoamento.

Para quem: Termodinâmica técnica: substâncias puras, diagramas T–s, vapor úmido.

Conceitos-chave

cúpula de vapor
diagrama T–s
título do vapor
curva de saturação
mistura bifásica
isóbara
equação de Clausius–Clapeyron
vapor superaquecido

Como funciona

Para uma substância pura, a região bifásica no diagrama temperatura–entropia fica delimitada pelas curvas de saturação do líquido e do vapor. O título x = (s − s_f)/(s_g − s_f) fixa a posição entre elas sobre a isóbara. O vapor superaquecido fica à direita da cúpula, a T e s maiores.

Fórmulas principais

s = (1−x) s_f + x s_g · 0 ≤ x ≤ 1 no vapor úmido

Perguntas frequentes

Por que a isóbara é horizontal dentro da cúpula de vapor?: Na região bifásica de uma substância pura, a pressão e a temperatura de saturação estão ligadas de forma unívoca (equação de Clausius–Clapeyron). A linha de pressão constante dentro da cúpula coincide então com uma isoterma e, no gráfico T–s, sai horizontal.
O que significa um título x = 0.7?: Na mistura, 70% da massa é vapor e 30% é líquido saturado. Com x calculam-se as propriedades específicas da mistura, por exemplo s = (1 − x) s_f + x s_g. Numa turbina o título importa porque as gotas de líquido erodem as pás.
Em que este esquema difere do vapor numa turbina?: Aqui há equilíbrio e uma substância pura. No escoamento há quedas de pressão, condensação fora do equilíbrio e impurezas. As propriedades são esquemáticas, não vêm de tabelas de vapor.
Para que se superaquece o vapor?: O superaquecimento leva o estado à direita da cúpula, onde x = 1: o vapor está seco. Assim reduz-se a erosão das pás e pode-se expandir o vapor até uma temperatura mais baixa, tirando mais trabalho do mesmo calor fornecido.

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