Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 42

Um arranjo pistão-cilindro altamente isolado contém 0,02 de vapor de água a 300 kPa e 200 °C. O vapor de água é então comprimido de forma reversível até uma pressão de 1,2 MPa. Determine o trabalho realizado sobre o vapor durante esse processo.

Passo 1

Entendo o problema:

Inicialmente, o sistema é constituído de vapor superaquecido á 300 KPa de pressão á 200 de temperatura. O volume de água é 0,02m. O sistema é comprimido para uma pressão de 1,2 MPa. Temos as seguintes condições para o problema:

O cilindro é isolado, não havendo transferência de calor. O processo, portanto, é adiabático e em consequência, isentrópico. Assim, as entropias do estado inicial e final são iguais.
O processo é reversível.
As trocas de energia cinética e potencial são irrisórias, portanto, desconsideradas.

Passo 2

Coletando dados:

No estado inicial:

Consultando a tabela A-4 do apêndice do livro, temos os valores de volume, energia interna e entropia:

No estado final:

(Processo isentrópico)

Consultando a tabela A-13:

(Valor interpolado com os dados da tabela)

Passo 3

Calculando:

Uma vez que o processo é adiabático, ou seja, com transferência de calor nula, a troca de energia se dá unicamente por meio de trabalho sobre o gás, durante a compressão. Pela primeira lei da termodinâmica, temos:

(1)

Com:

(2)