Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 59
59 A Fig. P5.59 mostra um conjunto cilindro – pistão com área da seção transversal igual a 0,1 m2 e altura de 10 m. O pistão, muito fino e que separa a câmara em duas regiões, tem massa igual a 198,5 kg e pode ser considerado adiabático. Inicialmente, a região superior contém água a 20°C e a inferior contém 2 kg de água a 20°C. Transfere-se, então, calor à região inferior de modo que o pistão inicia o movimento e provocando, assim, o transbordamento na região superior. Este processo continua até que o pistão alcance o topo do cilindro. Admitindo os valores normais para g e p0, determine o estado final da água na região inferior (p, T, v) e o calor transferido neste processo.
Passo 1
Nessa questão vamos usar a equação da energia:
E também calcular o trabalho com a equação:
E vamos fazer um balanço de forças:
E não podems faltar as tabelas do final do livro.
Passo 2
No estado 1 temos líquido comprimido, mas como a água é levemente comprimida, então vamos usar os dados de líquido saturado a 20°C:
- volume específico:
- energia interna específica:
Calculando o volume de A:
A massa total:
Então a massa de B:
E usando o balaço de forças:
Repare que dividimos por 1000 onde não é “ pressão”, pra ficar kPa e não só Pa.
Passo 3
Para o estado 2:
O balaçando de forças: (já que )
E olhando na tabela B.1.1:
Calculando o volume específico:
Calculando o título:
Calculando a energia interna específica:
Passo 4
Calculando o trabalho:
Calculando a transferência de calor: