Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 69
69 O conjunto cilindro – pistão A e o tanque B mostrados na Fig. P5.69 contém água. O volume do tanque B é 0,1 m3 e a massa do pistão é . Inicialmente, o conjunto A contém 0,5 kg de água a 200 kPa e 150 °C e a água no tanque B está num estado saturado onde a pressão e o título são iguais a 400 kPa e 0,5. A válcula é então aberta e calor é tranferido ao sistema de modo que a água atinge um estado uniforme e passa a ocupar um volume igual a 1,006 m3. Determine a massa total de água contida no conjunto A e no tanque B e o volume total ocupado pela água no estado inicial do processo. Determine, também, o trabalho e o calor tranferido neste processo.
Passo 1
Nessa questão vamos usar a equação da energia:
Também a equação do trabalho, pra pressão constante:
Ahhh.. e as tabelas do final do livro.
Passo 2
No estado A1, se a gente olhar a pressão de saturação pra 150 °C, na tabela B.1.1 vemos que é mais alta que 200 kPa, então temos vapor superaquecido.
Pegando as propriedades, então, na tabela B.1.3, pra 200 kPa e 150 °C:
- volume específico:
- energia interna específica:
E já podemos calcular o volume:
Passo 3
No estado B1 temos a pressão e o título, então temos duas fases. Olhando os dados na tabela B.1.2.
- calculando o volume específico:
- calculando a energia interna específica:
Calculando a massa:
Calculando a massa total de água:
Passo 4
No estado 2 a gente tem a pressão e tem o volume específico (só calcular rapidinho):
Toma cuidado aqui porque o não é só a soma de porque o pistão também sobe, então o volume é maior, e é dado.
Se a gente olhar na tabela B.1.2 pra 200 kPa a gente vê que , então temos vapor superaquecido.
Daí vamos pra tabela B.1.3 e procurar, na parte de 200 kPa, aonde tem esse volume específico.
É muito muito próximo de 200 °C, concorda?? ( )
Então vamos usar essa temperatura mesmo.
- a energia interna específica:
Passo 5
Agora dá pra calcular o trabalho, já que :
E pra calcular a transferência de calor: