Um conjunto cilindro – pistão contém, inicialmente, vapor d’água saturado a 200   k P a . Neste estado, a distância entre o pistão e o fundo do cilindro é 0,1   m . Determine esta distância se a temperatura da água for alterada para 200 ° C . Repita o problema admitindo que a temperatura final foi alterada para 100 ° C . Admita que o processo ocorre a pressão constante.

Passo 1

Temos um conjunto cilindro – pistão.

Estado inicial:

O processo ocorre e nossa temperatura vai para T f = 200 ° C e pressão permanece constante.

Determinaremos o volume específico em cada estado e com isso podemos determinar a altura que o nosso pistão se encontra.

Passo 2

Estado inicial:

200 k P a   e   x = 1

Título igual a 1 significa que apenas temos um estado presente. Sabendo disso olharemos na tabela B . 1.2 , utilizando a pressão para encontrar:

v 0 = v v = 0,8857   m 3 / k g

Estado final:

200   k P a   e   200 ° C

Olhando na tabela B . 1.2 com uma pressão de 200   k P a , temos uma temperatura de saturação de T s a t = 120,23   ° C .

Você pode encontrar um diagrama de fases generalizado na página 42, figura 3.5.

Aferindo em um diagrama de fases, podemos determinar a fase final. Como a temperatura final é maior que a temperatura saturada a 200 k P a , temos vapor de água superaquecido, isso resulta que devemos olhar na tabela B . 1.3 .

Determinando o volume específico:

v f i n a l = 1,083   m 3 / k g

Passo 3

Como a altura que o pistão se encontra é proporcional a volume que temos:

h f i n a l h 0 = v f i n a l   v 0

Isolando h f i n a l e substituindo os valores, temos:

h f i n a l = 1,083 0,8857   ∙ 0,1 = 0,12   m

Passo 4

Repetindo o exercício só que invés de 200 ° C vamos utilizar 100 ° C .

Bem isso muda bastante coisa. Pois, olhando na tabela B . 1.2 com uma pressão de 200   k P a , temos uma temperatura de saturação de T s a t = 120,23   ° C .

Aferindo em um diagrama de fases, podemos determinar a fase final. A temperatura final é menor que a de saturação, fazendo com que a fase do estado final seja: líquido compressível.

Olhando na tabela B . 1.1 temos que o volume é v f i n a l = 0,001044   m 3 / k g

Passo 5

Como a altura que o pistão se encontra é proporcional a volume que temos:

h f i n a l h 0 = v f i n a l   v 0

Isolando h f i n a l e substituindo os valores, temos:

h f i n a l = 0,001044   0,8857   ∙ 0,1 = 0 , 00011   m

Resposta

A 200 ° C h f i n a l = 0,12   m

A 100 ° C   h f i n a l = 0,00011   m

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