Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 13
Um volume de 1 m³ de água líquida saturada a 200 °C é expandido isotermicamente em um sistema fechado até que seu título seja de 80%. Determine o trabalho total produzido por essa expansão em kJ.
Passo 1
O enunciado do problema pede para encontrarmos o trabalho realizado no aquecimento isotérmico (a temperatura constante 200 °C) de 1 m³ de água.
Em primeiro lugar, devemos calcular as propriedades da água nos estados inicial e final a partir das suas tabelas termodinâmicas.
Primeiro, devemos considerar o estado 1, com água como líquido saturado a 200 °C. Consultando a Tabela A-4 (página 914), podemos encontrar o volume específico e a pressão para o estado 1:
Consideramos agora o estado 2, onde a temperatura continua a 200 °C, mas o título (x) é 80%. Consultando novamente a Tabela A-4, podemos encontrar o volume específico na condição de vapor saturado a 200 °C:
Assim, podemos calcular o valor do volume específico para o estado 2 a partir da equação:
Passo 2
Antes de calcular o trabalho, devemos encontrar a massa de água no sistema. Para isso, basta dividir o volume inicial de 1 m³ de água pelo volume específico no estado 1 encontrado no passo anterior:
Resposta
O problema fala que a água sofre uma expansão isotérmica. Porém, por estar em uma região de equilíbrio líquido-vapor, a água continua sob a pressão de saturação a 200 °C, e .
Portanto, podemos calcular o trabalho como o de um processo a pressão constante:
Para resolver o problema, devemos lembrar da equação para calcular o trabalho de fronteira de um
Substituindo as variáveis na equação: