Enunciado

Um tanque rígido fechado está cheio de água, que se encontra inicialmente no ponto crítico. A água é resfriada até que atinja a temperatura de 400°F (204,4°C). Para a água, mostre o processo em um esboço do diagrama T–υ e determine o calor transferido, em Btu/lb.

Passo 1

Ooopa, beleza?

Vamos lá pra mais uma questão bem interessante e simples de termodinâmica!

Passo 2

Água é resfriada até T = 400 ° F . O diagrama T v é dado por

Passo 3

Para achar a transferência de calor, fazemos o balanço de energia

Q - W = Δ U + Δ E C + Δ E P

  • Assumindo que as energias potencial e cinética são desconsideradas: Δ E C = Δ E P = 0
  • Para um tanque rígido e fechado: W = 0

Resolvendo para a transferência de calor por unidade de massa

Q m = Δ u

Passo 4

A temperatura e pressão crítica das tabelas de água saturada

T c = 705,4 ° F

p c = 3204   l b f / i n 2

v c = 0,05053   f t 3 / l b

u c = 872,6   B t u / l b

Já que é um sistema fechado e rígido, a gente sabe que o volume específico deve permanecer o mesmo ( v 2 = v c ). Das tabelas de água saturada em T = 400 ° F , a água se torna mistura bifásica líquid-vapor

v f = 0,01864   f t 3 / l b

v g = 1,866   f t 3 / l b

u f = 374,3   B t u / l b

u g = 1116,6   B t u / l b

Passo 5

Para achar o título, substituímos os valores para volume específico na fórmula

x = v - v f v g - v f = 0,05053 - 0,01864 1,866 - 0,01864 = 0,0173

Para energia interna específica no estado 2, usamos a fórmula

u = u f + x u g - u f = 374,3 + 0,0173 1116,6 - 374,3 = 387,14   B t u / l b

Substituindo os valores na fórmula para a fórmula de transferência de calor

Q m = Δ u = u 2 - u 1 = 387,14 - 872,6 = - 485,5   B t u / l b

Resposta

Q m = - 485,5   B t u / l b

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