Um conjunto cilindro-pistão contém 5 kg de água líquida saturada com volume específico de . Este sistema recebe calor em um processo quase-estático isotérmico, até apresentar título igual a . Determine o trabalho realizado pelo sistema. (R.: )

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem um cilindro-pistão com 5 kg de água líquida saturada, e o volume específico inicial é . O sistema recebe calor de forma quase-estática isotérmica (ou seja, temperatura constante) até atingir um título de . Precisamos descobrir o trabalho realizado por esse sistema. Vamos usar conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados a processos isotérmicos e propriedades da água em estado saturado.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que significa água líquida saturada. Isso quer dizer que a água está na condição de equilíbrio entre as fases líquida e vapor. O volume específico inicial indica que a água está principalmente na fase líquida.

Passo 3

Como o processo é isoterma, a temperatura permanece constante. Nesses casos, a pressão também permanece constante e igual à pressão de saturação correspondente à temperatura do sistema. Para encontrar essa pressão, vamos usar tabelas de propriedades da água saturada.

Passo 4

Consultando as tabelas de água saturada, vemos que para um volume específico de , a pressão de saturação está aproximadamente em .

Passo 5

Agora, vamos calcular o volume final após o aquecimento. Sabendo que o título significa que 40% da massa está na fase vapor e 60% na fase líquida. O volume específico final pode ser calculado usando a fórmula:
Onde é o volume específico de vapor saturado menos o volume específico líquido saturado.

Passo 6

Assumindo (valor típico para água a essa pressão), temos:
O volume total final é .

Passo 7

O trabalho realizado em um processo isoterma é dado por:
Onde .

Passo 8

Substituindo os valores:
(Note que )

Resposta

O trabalho realizado pelo sistema é de aproximadamente .

Exercícios relacionados

Um navio tem 125 m de comprimento e de área molhada. Seus propulsores podem fornecer uma potência máxima de 1,1 MW à água do mar a . Se todo o arrasto é devido ao atrito, calcule a velocidade máxima do navio, em nós (1 nó = 1,852 km/h)
Resposta: 14 nós
Água é bombeada à taxa de de um reservatório que está 20 m acima de uma bomba para uma descarga livre 35 m acima da bomba. A pressão no lado da admissão da bomba é 150 kPa e no lado da descarga é 450 kPa. Todos os tubos são de aço comercial com diâmetro nominal de 15 cm. Determine (a) a altura de carga fornecida pela bomba e (b) a perda de carga total entre a bomba e o ponto de descarga livre.
Um conjunto cilindro-pistão apresenta de vapor d’água saturado seco a . Nesse instante, acende-se um bico de Bunsen sob o sistema, ao mesmo tempo que se reduz a massa do pistão removendo pequenos pesos que estão colocados sobre este, de modo a manter a temperatura constante, até alcançar um volume de . Determinar o trabalho realizado durante esse processo. (R.: )
de água a estão contidos em um conjunto cilindro-pistão ocupando, inicialmente, um volume de . A água é comprimida segundo um processo quaseestático isotérmico até apresentar um título de 50%. Calcular o trabalho realizado nesse processo. (R.: )