Inicialmente uma amostra de água se encontra a
e apresenta título igual a
. A temperatura na amostra é aumentada para
num processo onde o volume é constante. Determine a pressão e o título no estado final desse processo.
Passo 1
Vamos resolver um exercício de termodinâmica que envolve propriedades da água em diferentes estados. Inicialmente, temos uma amostra de água a
com um título de 25%. O título representa a fração de vapor na mistura água-vapor. Queremos aumentar a temperatura para
mantendo o volume constante e, assim, determinar a nova pressão e o título final dessa mistura. Para resolver isso, vamos precisar entender as tabelas de propriedades da água e aplicar conceitos de processos termodinâmicos a volume constante.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa o título de 25%. Isso indica que 25% da massa da amostra está na fase vapor e 75% está na fase líquida. Para encontrar o volume específico da amostra, usamos a fórmula:
onde:
-
é o título (fração de vapor), -
é o volume específico do vapor, -
é o volume específico da água líquida.
Passo 3
Consultando as tabelas de vapor para
, encontramos:
-
(volume específico da água líquida) ≈ 0,001060 m³/kg, -
(volume específico do vapor) ≈ 0,8908 m³/kg.
Substituindo na fórmula:
Passo 4
Como o processo é de volume constante, o volume específico
permanece igual a 0,2235 m³/kg mesmo após o aumento da temperatura para
. Agora, precisamos encontrar o título
e a pressão correspondente a essa nova temperatura.
Passo 5
Consultando as tabelas de vapor para
, temos:
-
≈ 0,001091 m³/kg, -
≈ 0,4682 m³/kg.
Usamos novamente a fórmula do volume específico, mas agora resolvemos para
:
Passo 6
Resolvendo a equação para
:
Portanto, o título final é aproximadamente 47,6%.
Passo 7
Para encontrar a pressão final, consultamos novamente as tabelas de vapor para
. A pressão de saturação correspondente a essa temperatura é de aproximadamente 475,8 kPa.
Resposta
Após o aumento da temperatura para
mantendo o volume constante, a pressão final é de aproximadamente 475,8 kPa e o título final da mistura é de 47,6%.