Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 15.Problemas - Ex. 49
49 Um conjunto cilindro – pistão opera a pressão constante e igual a 200 kPa. Inicialmente, o título e o volume são iguais a 0,7 e 0,1 m3. Transfere-se calor à água até que sua temperatura atinja 200 °C. Determine o trabalho e o calor transferido no processo.
Passo 1
E lá vamos nós pra mais uma questão gigante, mas calmaaaaa que não é tão complicada.
Aqui a gente tem um pistão que pode subir ou descer, né... então o volume não vai ser constante, já que a pressão é constante.
Vamos usar a primeira lei da termodinâmica, né:
E também da equação de variação de energia total:
Ahhh... e alguns dados nas tabelas lá do final do livro.
Passo 2
E vamos fazer algumas considerações pra cortar algumas coisas:
Não tem energia cinética porque o nosso sistema não se movimenta, né:
E também não tem energia potencial porque o centro de massa do sistema muda muito pouco, então é despezível a variação de energia potencial:
O trabalho a gente já consegue calcular só pela fórmula com a pressão e o volume
E juntando as duas equações do passo 1:
Passo 3
Bem... Vamos ver o que a gente tem inicialmente pra poder começar a caminha:
Temos a pressão e sabemos que tem duas fases (ele diz que tem título), então podemos olhar na tabela B.1.2 o volume específico e a energia interna específica do líquido e do vapor saturados nessa pressão:
Assim a gente pode achar o volume específico da mistura (vapor + líquido) inicial:
E pra energia interna específica da mistura:
E já vamos aproveitar e calcular rapidinho a massa inicial:
Passo 4
Agora vamos pro estado final.. O que a gente tem já?
Bem... como não é adicionado nada, nem tem reação e tals, a massa é constante:
E temos a pressão, que é constante:
E temos também a temperatura:
Vamos olhar lá na tabela B.1.2 qual é a temperatura de saturação (temperatura que o líquido vira vapor) para essa pressão:
Então, como a temperatura é mais alta que a de saturação, vamos ter vapor superaquecido. Aaí então vamos precisar pra outra tabela, né.
Passo 5
Vamos pegar, então, na tabela B.1.3 (de vapor superaquecido) o volume específico final pra essa temperatura (200 °C) e essa pressão (200 kPa):
E pegamos também a energia interna específica:
Vamos aproveitar e calcular a o volume:
Passo 6
Vamos calcular o trabalho rapidinho:
Acho que já temos tudo que precisa pra calcular o calor transferido (Q), né...