Um reservatório rígido e fechado de volume 0,7 m^3 é colocado sobre uma placa aquecida. Inicialmente, o reservatório contém uma mistura bifásica de água líquida saturada e de vapor dágua saturado a p1=1,5 bar com título de 0,7 . Após o aquecimento, a pressão do reservatório é de 2 bar. Indique os estados final e inicial em um diagrama T-v e determine:
a) a temperatura, em ^circ C, em cada estado;
b) a massa de vapor presente em cada estado;
c) se o aquecimento prosseguir, determine a pressão, em bar, na qual o reservatório contém somente vapor saturado.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada nesse exercício de termodinâmica. A gente tem um reservatório fechado e rígido com volume de colocado sobre uma placa aquecida. Inicialmente, o reservatório tem uma mistura de água líquida saturada e vapor d’água saturado à pressão com um título de 0,7. Depois de aquecer, a pressão sobe para 2 bar. A gente vai precisar usar conceitos de estados termodinâmicos, propriedades de vapor d’água, e equilíbrio de fases para resolver as questões sobre temperatura, massa de vapor e pressão final quando o reservatório tiver só vapor saturado.

Passo 2

Primeiro, vamos resolver a parte (a): encontrar a temperatura em cada estado. Sabemos que o estado inicial é uma mistura bifásica, então podemos usar as tabelas de vapor d’água para encontrar a temperatura correspondente à pressão inicial de . Da mesma forma, para o estado final, com pressão de , também usaremos as tabelas para encontrar a temperatura correspondente.

Passo 3

Para resolver (a), precisamos entender que, em condições de saturação, a pressão e a temperatura estão relacionadas. Usando uma tabela de saturação da água, encontramos que para , a temperatura é de aproximadamente . Para , a temperatura é de cerca de .

Passo 4

Agora, vamos para a parte (b): determinar a massa de vapor presente em cada estado. Como o volume é constante ( ) e o reservatório é rígido, a massa total dentro do reservatório permanece constante. Usaremos a relação de qualidade ( ) para encontrar as massas nas condições iniciais e finais.

Passo 5

Para o estado inicial, a qualidade V = mf vf + mg vg significa que 70% da massa está na fase de vapor. Usando a equação de mistura:
onde e são as massas de líquido e vapor, respectivamente, e e são os volumes específicos nas fases liquida e vapor. Com as tabelas, obtemos e para , e resolvemos para .

Passo 6

Simplificando os cálculos, a massa de vapor no estado inicial é aproximadamente e no estado final, com , seguindo o mesmo processo, obtemos .

Passo 7

Finalmente, para a parte ©, queremos saber a pressão quando o reservatório contém apenas vapor saturado. Isso ocorre quando todo o líquido foi vaporizado, ou seja, quando a qualidade . Usando novamente as tabelas de saturação, encontramos que a pressão correspondente é .

Resposta

a) As temperaturas são e .
b) As massas de vapor são no estado inicial e no estado final.
c) A pressão na qual o reservatório contém somente vapor saturado é .

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