Questão: Dois tanques, A e B , estão conectados por uma válvula. O tanque A contém 2 kg de água a
e
, enquanto o tanque B contém 3 kg de água a
e
. A válvula é aberta e os sistemas atingem o equilíbrio. Considerando que não há troca de calor com o ambiente, qual será a temperatura final da água nos tanques?
a)
b)
c)
d)
e)
a)
b)
c)
d)
e)
Passo 1
O enunciado trata de dois tanques ligados por uma válvula, sem troca de calor com o ambiente (sistema adiabático). No tanque A temos
kg de água a
e
MPa (vapor superaquecido); no tanque B,
kg a
e
MPa (líquido comprimido, aproximado como líquido saturado). Ao abrir a válvula, atingem-se pressão e temperatura únicas
em equilíbrio de fase. Vamos aplicar conservação de massa, de energia e de volume, usando tabelas de vapor.
Passo 2
Para o tanque A (vapor superaquecido a
MPa e
) extraímos da tabela:
Logo o volume e a energia interna totais em A são
Passo 3
Para o tanque B (líquido saturado a
) usamos:
Assim
Passo 4
O volume total e a energia total iniciais são
A massa total é
kg. Logo as condições médias finais seriam
Passo 5
Em equilíbrio final a água estará em duas fases (líquido + vapor) à pressão de saturação correspondente a
. Definindo qualidade
, temos as equações de conservação de volume e energia:
Eliminando
,
Usamos tabelas de saturação (
em função de
) e iteramos até satisfazer essa igualdade.
Passo 6
Fazendo interpolação entre dados de saturação, encontra-se
Isso torna coerentes
m³/kg e
kJ/kg.
Passo 7
A alternativa mais próxima de
é
Resposta
(c)