Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 53
53 Um conjunto cilindro – pistão, que não apresenta atrito, contém 2 kg de água. Inicialmente, a pressão e o título da água são iguais a 200 kPa e 0,5. Transfere-se calor à água até que sua temperatura aumente 20°C. Determine o trabalho realizado e o calor transferido neste processo.
Passo 1
Vamos pra mais uma questão que promete ser grandona. Forças.
Bom... nada muito diferente do que a gente já vem fazendo. Um cilindro com pistão e o pistão vai descer ou subir, né.
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
Vamos fazer algumas considerações e simplificações:
- 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 consegue calcular de boa pela equação:
Então aquelas equações todas do passo 1 vira:
Passo 3
Vamos ver o que a gente tem no estado inicial.... hum... temos a pressão e oooo Título...
Simmm.. como tem título, já sabemos que tem duas fases, então vamos olhar os dados da tabela B.1.2 (que é a que tem pressão na primeira colune):
Vamos pegar os valores do volume específico do líquido e do vapor saturados:
Bom... com isso e com o título já podemos calcular o volume específico inicial:
Passo 4
Vamos continuar nessa tabela e pegar também a energia interna específica do líquido e do vapor saturados:
E calcular a energia interna específica inicial:
E pegamos também já a temperatura porque vamos precisar:
Passo 5
Vamos pro estado final. O que a gente tem?
Bom.. temos falando que a temperatura vai aumentar 20 °C, então:
Ahhhh... como não tem nada segurando o pistão.... nem um atritinho, então a pressão a gente considera constante:
Olha... pensa aqui comigo. Se a gente tem que a temperatura de saturação (temperatura que o líquido vira vapor) pra essa pressão é 120,23 °C. Como é mais alta que isso então temos vapor superaquecido.
Passo 6
Ahhh... vapor superaquecido a gente vai pra outra tabela, então (B.1.3) e achar onde ta essa pressão a temperatura de 140,23 °C.
Pegando volume específico:
Aaaaiiiiii... vamos precisar interpolar entre a teperatura de saturação ( 120,23 °C) e 150.
E também vamos pegar a energia interna específica (interpolando, também):
Passo 7
E com tudo isso a gente consegue calcular o trabalho, né:
O calor transferido também: