73 A Fig. P5.73 mostra um conjunto cilindro – pistão, com área da seção transversal igual a 24,5 cm3, que contém 5 kg de água. Inicialmente, o pistão se encontra apoiado nos esbarros e a água apresenta T=100°C e título igual a 20%. A massa do pistão é 75 kg e a pressão do ambiente é 100 kPa. Calor é transferido à água até que ela se torne vapor saturado. Determine o volume inicial, a pressão final e a transferência de calor neste processo. Mostre, também, o processo num diagrama p-v.

Passo 1

Nessa questão vamos usar a equação da energia:

m u 3 - u 1 = Q - W

E um balanço de forças:

P 3 = P 2 = P 0 + m p g A p

E vamos usar as tabelas do final do livro.

Passo 2

No estado 1 temos a temperatura e o título, então temos duas fases:

Calculando o volume específico:

v 1 = 1 - x 1 v l + x 1 v v

v 1 = 0,3354   m 3 / k g

Calculando o volume:

V 1 = m v 1

V 1 = 1,677   m 3

Calculando a energia interna específica:

u 1 = 1 - x 1 u l + x 1 u v

u 1 = 836,4   k J / k g

Passo 3

No estado 3 temos só vapor saturado:

- volume específico:

v 3 = 0,4625   m 3 / k g

- energia interna específica:

u 3 = 2553,6   k J / k g

Passo 4

Calculando o trabalho:

W = P m v 3 - v 1

W = 400 × 5 × 0,46246 - 0,3354

W = 254,2   k J

Calculando a transferência de calor:

m u 3 - u 1 = Q - W

Q = 8840   k J

Resposta

Q = 8840   k J

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