Um cilindro de
contém 1 kg de água saturada em equilíbrio a uma pressão de 125 kPa. Pede-se: a) Temperatura do sistema; b) O título da mistura; c) a massa de líquido e de vapor.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício nos apresenta um cilindro com volume de
que contém 1 kg de água saturada em equilíbrio a uma pressão de 125 kPa. Estamos trabalhando com Termodinâmica, especificamente com propriedades de substâncias em equilíbrio de fases. Para resolver as partes a), b) e c), vamos precisar usar tabelas de vapor de água ou gráficos de fase para encontrar as propriedades necessárias do sistema.
Passo 2
Parte a) - Temperatura do sistema
Primeiro, queremos encontrar a temperatura do sistema quando a água está saturada a 125 kPa. Sabemos que, para uma substância saturada, a pressão e a temperatura estão diretamente relacionadas e podemos encontrar essa relação usando tabelas de vapor.
Consultando uma tabela de vapor de água, encontramos que, à pressão de 125 kPa, a temperatura de saturação é aproximadamente
.
Passo 3
Parte b) - Título da mistura
O título da mistura (
) representa a fração de vapor na mistura. Para encontrá-lo, usamos a seguinte relação:
onde:
-
é o volume específico do sistema, -
é o volume específico da fase l��quida, -
é o volume específico da fase vapor, -
é o título da mistura.
Mas primeiro, precisamos encontrar o volume específico (
):
Agora, consultando a tabela de vapor de água à pressão de 125 kPa, encontramos:
Substituindo na equação:
Resolvendo para
:
No entanto, como o título não pode ser maior que 1, isso indica que todo o líquido foi vaporizado e a mistura está totalmente na fase vapor. Portanto, o título da mistura é 1 ou 100%.
Passo 4
Parte c) - Massa de líquido e de vapor
Como no passo anterior encontramos que o título
, isso significa que toda a massa está na fase vapor. Portanto:
Resposta
a) A temperatura do sistema é aproximadamente
.
b) O título da mistura é 100%.
c) A massa de líquido é 0 kg e a massa de vapor é 1 kg.