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Enunciado

Termodinâmica - Sonntag, R.E. e Borgnakke, C. -Fundamentos da Termodinâmica- Ed: 1º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 34

Um conjunto cilindro-pistão contém 50   k g de água a 200   k P a com um volume de 0,1   m 3 . Os batentes no cilindro limitam o volume interno a 0,5   m 3 , de modo semelhante ao conjunto do Problema 4.32. A água é então aquecida até 200   ° C . Determine a pressão e o volume finais, e o trabalho realizado pela água.

Passo 1

Vamos lá, pessoal! Inicialmente, é como se o pistão flutuasse até atingir os batentes. No estado 1, nós temos a pressão de levantamento P 1 = 200   k P a e o volume específico:

v 1 = V m = 0,1   m 3 50   k g = 0,002   m 3 / k g

No estado 2, nós temos a temperatura final T 2 = 200   ° C . Mas temos um estado intermediário, que vamos chamar a 1 a , em que coexistem as duas fases a 200   k P a . Nesse estado, limitado pelos batentes, nós temos o volume específico:

v 1 a = 0,5   m 3 50   k g = 0,01   m 3 / k g

No estado 2, o volume permanece o mesmo, então o trabalho é nulo de 1 a → 2 . Assim, a pressão final é igual a pressão de saturação, dada pela tabela B.1.2 para esse volume específico:

P 2 = P s a t = 1554   M P a

O volume final é dado por:

V 2 = V 1 a = 0,01 m 3 k g 50   k g = 0,5   m 3

E o trabalho pode ser calculado como:

W 1 → 2 = W 1 → 1 a = 200 0,5 - 0,1 = 80   k J

Resposta

P 2 = 1554   M P a

V 2 = 0,5   m 3

W 1 → 2 = 80   k J

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