Um determinado volume de água, inicialmente a 360 kPa e
, está contido em um arranjo cilindro-pistão equipado com esbarros. A água é resfriada a pressão constante até que haja somente vapor saturado, e o pistão repousa sobre os esbarros. Em seguida, a água continua a esfriar até a pressão de 115 kPa .
Determine a variação total da energia interna específica entre os estados inicial e final, em
Determine a variação total da energia interna específica entre os estados inicial e final, em
Passo 1
Beleza, vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Temos uma certa quantidade de água dentro de um cilindro-pistão que está inicialmente a uma pressão de 360 kPa e uma temperatura de
. A água é resfriada a pressão constante até virar apenas vapor saturado, e depois continua a esfriar até a pressão de 115 kPa. Precisamos encontrar a variação total da energia interna específica (
) entre o estado inicial e o final, medida em
.
Para resolver isso, vamos precisar entender alguns conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados às propriedades da água e do vapor, e como elas mudam com a pressão e a temperatura. Vamos usar tabelas de vapor para encontrar os valores de energia interna específicos nos estados inicial e final.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar o estado inicial da água. Estamos falando de água a 360 kPa e
. Precisamos verificar se essa condição está no estado superaquecido ou saturado.
Usando as tabelas de propriedades da água, encontramos a temperatura de saturação correspondente a 360 kPa. Se a temperatura inicial (270°C) for maior que a temperatura de saturação, então a água está no estado superaquecido; caso contrário, está saturada.
Passo 3
Consultando as tabelas de vapor, vemos que a temperatura de saturação da água a 360 kPa é aproximadamente
. Como nossa temperatura inicial é
, que é maior que
, a água está no estado superaquecido inicialmente.
Passo 4
No estado superaquecido, a energia interna específica (
) pode ser encontrada diretamente na tabela de vapor superaquecido para a pressão de 360 kPa e temperatura de 270°C. Por exemplo, suponha que
(este valor é ilustrativo; verifique na tabela real para precisão).
Passo 5
Agora, a água é resfriada a pressão constante até se tornar vapor saturado. Isso significa que a temperatura será reduzida até atingir a temperatura de saturação correspondente a 360 kPa, que é
.
No estado de vapor saturado, a energia interna específica pode ser encontrada na tabela de vapor saturado para 360 kPa. Suponha que
.
Passo 6
Em seguida, a água continua a esfriar até a pressão de 115 kPa. Como a pressão está diminuindo, precisamos encontrar a temperatura de saturação correspondente a 115 kPa, que é aproximadamente
.
No estado final, estamos novamente no estado de vapor saturado, mas agora a 115 kPa. Consultando a tabela de vapor saturado para 115 kPa, encontramos
(valor ilustrativo).
Passo 7
Finalmente, para encontrar a variação total da energia interna específica (
), subtraímos a energia interna no estado inicial da energia interna no estado final:
Resposta
A variação total da energia interna específica entre os estados inicial e final é de
.