Considere um sistema fechado contendo água pura, inicialmente a 3 MPa e
, passando pelos seguintes processos: primeiro, o sistema é resfriado a volume constante até
e, então, é comprimido isotermicamente até 3 MPa . Represente os três estados em diagramas
e
.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! O enunciado nos pede para analisar um sistema fechado com água pura que passa por dois processos: primeiro, é resfriado a volume constante e depois é comprimido isotermicamente. Para isso, vamos precisar entender alguns conceitos de Termodinâmica, como propriedades das substâncias puras, diagramas termodinâmicos (
-
e
-
), e os processos de resfriamento a volume constante e compressão isotérmica. Vamos por partes!
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os três estados do sistema:
- Estado 1: Início do processo, com pressão
MPa e temperatura . - Estado 2: Após o resfriamento a volume constante até
. - Estado 3: Após a compressão isotérmica até voltar para
MPa.
Para cada estado, precisamos encontrar o volume específico (
), que nos ajudará a representar os pontos nos diagramas.
Passo 3
Vamos começar pelo Estado 1. Precisamos encontrar o volume específico (
) da água pura a
MPa e
. Para isso, consultamos as tabelas de vapor de água ou usamos uma equação de estado adequada. Supondo que a água esteja na fase supercrítica nessa condição, estimamos o volume específico.
Exemplo: Digamos que
m³/kg (valor hipotético para ilustração).
Passo 4
No Estado 2, o processo é um resfriamento a volume constante até
. Como o volume é constante,
. Agora, precisamos encontrar a nova pressão
a esta temperatura.
Usando as tabelas de propriedades da água para
e
, encontramos
. Isso pode exigir interpolação nas tabelas.
Exemplo: Supondo que
MPa.
Passo 5
No Estado 3, temos uma compressão isotérmica até que a pressão retorne a
MPa mantendo a temperatura
. Para processos isotérmicos, usamos a relação de Boyle:
Como
MPa e já conhecemos
e
, podemos encontrar
:
Substituindo os valores:
Passo 6
Agora que temos os volumes específicos para os três estados, vamos representá-los nos diagramas
-
e
-
.
-
Diagrama
- : - Estado 1: Ponto em
MPa e m³/kg. - Estado 2: Movimento vertical até
e MPa. - Estado 3: Movimento horizontal (isotérmico) até
MPa e m³/kg.
- Estado 1: Ponto em
-
Diagrama
- : - Estado 1: Ponto em
e m³/kg. - Estado 2: Movimento horizontal para
e . - Estado 3: Movimento descendente até
m³/kg mantendo .
- Estado 1: Ponto em
Resposta
Os três estados são representados nos diagramas
-
e
-
da seguinte forma:
-
Diagrama
- : - Estado 1:
- Estado 2:
- Estado 3:
- Estado 1:
-
Diagrama
- $:
- Estado 1:
- Estado 2:
- Estado 3:
Esses pontos mostram como o sistema muda de estado durante os processos de resfriamento a volume constante e compressão isotérmica.
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) de cada uma das substâncias abaixo nos estados indicados: Amônia
a
e
.
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e
.
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i) Telúrio
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a
e
.