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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 44

44 Um conjunto cilindro – pistão opera a pressão constante e contém 0,2 kg de água. Inicialmente, a água se encontra como vapor saturado a 400 kPa. O conjunto é então resfriado até que o volume ocupado pela água se torne igual a metade do volume inicial. Determine a transferência de calor nestre processo.

Passo 1

Bem... vamos lá.... pra essa questão nós vamos precisar de um monte de coisa, maaas.. vamos aos poucos que sai tudo certinho. ;)

Vamos usar a primeira lei da termodinâmica, né:

E 2 - E 1 = Q - W

E também da equação de variação de energia total:

E 2 - E 1 = U 2 - U 1 + m V 2 2 2 - m V 1 2 2 + m g Z 1 - m g Z 2

Ahhh... e alguns dados na tabela lá do final do livro.

Passo 2

Então... Vamos pegar as duas equações aí de cima e juntar...

Maaaas antes vamos fazer algumas considerações.

Como é um gás e tals, vamos ter só a variação da energia interna, então:

E 2 - E 1 = U 2 - U 1

Agora sim, juntando ficamos com:

U 2 - U 1 = Q - W

Maaaas:

Δ U + W = Δ H

Então ficamos com:

Q = H 2 - H 1

Passo 3

Dessa vez nós temos a pressão, que não muda (pressão constante), então já vamos direto na tabela B.1.2:

Pegamos o volume específico:

v 1 = 0,46246   m 3 / k g

E também a entalpia específica:

h 1 = 2738,53   m 3 / k g

Passo 4

Depois o volume reduz à metade, né..

v 2 = v 1 2

v 2 = 0,46246 2

v 2 = 0,23123   m 3 / k g

Daí a gente consegue achar o título:

v 2 = v l + x 2 v l v

0,23123 = 0,001084 + x 2 × 0,46138

x 2 = 0,4988

E com o título calculamos a entalpia característica:

h 2 = h l + x 2 h l v

h 2 = 604,73 + 04988 × 2133,81

h 2 = 1669,07   k J / k j

Passo 5

Lembrando que:

H = m h

Então:

Q = m h 2 - m h 1

Q = m u 2 - u 1

Q = 0,2 × 1669,07 - 2738,53

Q = - 213,9   k J

Resposta

Q = - 213,9   k J

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