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 . Calcule
e
.
Passo 1
Beleza, vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos um sistema fechado com água pura que começa com pressão de 3 MPa e temperatura de 300°C. O sistema passa por dois processos: primeiro, é resfriado a volume constante até 200°C, e depois é comprimido isotermicamente até voltar a 3 MPa. Precisamos encontrar os volumes específicos nos estados 1, 2 e 3 (
,
,
) e a qualidade da mistura no estado 2 (
). Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica relacionados a processos a volume constante e isotérmico, além de consultar as tabelas de propriedades da água.
Passo 2
Primeiro, vamos analisar o estado inicial do sistema, que chamaremos de Estado 1. Sabemos que a pressão (
) é de 3 MPa e a temperatura (
) é de 300°C. Com esses dados, precisamos encontrar o volume específico
. Para isso, consultamos as tabelas de vapor de água para encontrar as propriedades correspondentes a esses valores de pressão e temperatura.
Passo 3
Consultando as tabelas de vapor, vemos que para
MPa e
, a água está na região de fluido supercrítico, já que a temperatura é acima da temperatura crítica da água (aproximadamente 374°C). No entanto, como estamos lidando com um processo real, consideraremos os dados fornecidos. Encontramos o volume específico
direto das tabelas para essas condições.
Passo 4
Agora, vamos para o Estado 2. O processo de resfriamento é a volume constante, o que significa que
. A temperatura no Estado 2 é de 200°C. Com o volume específico conhecido e a temperatura dada, precisamos determinar a pressão
e verificar se a água está na região de líquido saturado ou misturado (mistura de líquido e vapor).
Passo 5
Para encontrar a qualidade
no Estado 2, usamos a definição de qualidade em uma mistura:
Onde
é o volume específico do líquido saturado e
é o volume específico do vapor saturado a 200°C. Consultamos as tabelas de vapor para obter
e
na temperatura de 200°C e resolvemos para
.
Passo 6
Após calcular
, seguimos para o Estado 3, onde o sistema é comprimido isotermicamente até a pressão final de 3 MPa. Como o processo é isotérmico, a temperatura permanece constante em 200°C. Usamos a equação dos gases ideais ou as relações específicas para processos isotérmicos no diagrama de vapor para encontrar o volume específico
.
Resposta
Após os cálculos, os valores são:
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Para cada um dos seguintes elementos, escreva o símbolo químico respectivo, localize-o na tabela periódica (indicando o grupo e período), e indique se é um metal, não metal ou metalóide.
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