Um reservatório rígido e fechado de volume
é colocado sobre uma placa aquecida. Inicialmente o reservatório contém uma mistura bifásica de água líquida e vapor dágua saturado a
com um título de 0,5 . Após o aquecimento, a pressão no reservatório é
. Pede-se
a temperatura em
, em cada estado.
a temperatura em
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um reservatório rígido e fechado de 0,5 m³ colocado numa placa aquecida. Inicialmente, ele contém uma mistura de água líquida e vapor d’água saturado a uma pressão de 100 kPa, com um título (ou qualidade) de 0,5. Após o aquecimento, a pressão sobe para 150 kPa. Nosso objetivo é descobrir a temperatura em cada estado, ou seja, antes e depois do aquecimento. Vamos usar conceitos de termodinâmica, especificamente propriedades de misturas bifásicas em equilíbrio.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa que o reservatório é rígido e fechado. Isso quer dizer que o volume não muda durante o processo e não há troca de massa com o ambiente. Então, o volume total permanece constante em 0,5 m³.
Passo 3
A mistura dentro do reservatório inicialmente está em estado bifásico, ou seja, temos tanto líquido quanto vapor d’água. A qualidade (ou título) é a fração de vapor na mistura. Um título de 0,5 indica que metade do conteúdo é vapor e a outra metade é líquido.
Passo 4
Para encontrar a temperatura nos diferentes estados, vamos usar as tabelas de propriedades da água. Sabemos a pressão inicial (P₁ = 100 kPa) e a pressão final (P₂ = 150 kPa). Vamos procurar as temperaturas correspondentes a essas pressões em estado saturado.
Passo 5
Primeiro, vamos achar a temperatura inicial (T₁) quando P₁ = 100 kPa. Nas tabelas de água saturada, encontramos que a temperatura correspondente a 100 kPa é aproximadamente 99,62°C.
Passo 6
Agora, precisamos encontrar a temperatura final (T₂) quando a pressão sobe para 150 kPa após o aquecimento. Consultando as tabelas de água saturada, vemos que a temperatura correspondente a 150 kPa é aproximadamente 111,37°C.
Passo 7
Portanto, resumindo:
Resposta
A temperatura inicial é
e a temperatura final após o aquecimento é
.