Água como líquido saturado a
, está contida em um conjunto cilindro pistão. A água vai ao estado de vapor saturado, durante o qual o pistão se move livremente. Considerando que a mudança de estado ocorre devido o aquecimento da água à medida que esta percorre um processo internamente reversível a pressão e temperatura constante, determine o trabalho e a quantidade de calor transferida por unidade de massa, em kJ/kg.
Passo 1
Beleza, aqui a gente tem água líquida saturada a 150 °C dentro de um cilindro com pistão livre. A gente aquece até ela virar vapor saturado, mantendo sempre pressão e temperatura constantes (150 °C e a pressão de saturação correspondente). O conteúdo da matéria é Termodinâmica básica – trabalho de pressão–volume em processo isobárico e balanço de energia (primeira lei). Para resolver vamos precisar:
- Tabelas de propriedades de água saturada a 150 °C (pressão, volumes específicos, entalpias).
- Saber que, num processo reversível a P constante, o trabalho por unidade de massa é
. - Que o calor trocado por unidade de massa, em processo isobárico reversível, é
.
Passo 2
Primeiro, vamos puxar da tabela de vapor-saturado (a 150 °C):
- Pressão de saturação:
. - Volume específico no líquido saturado (estado 1):
. - Volume específico no vapor saturado (estado 2):
. - Entalpia no líquido saturado:
. - Entalpia no vapor saturado:
.
Passo 3
Calcular o trabalho de pressão–volume por kg de água:
Antes de multiplicar, observe que kPa·m³/kg já dá kJ/kg.
Passo 4
Calcular o calor trocado por kg de água usando a variação de entalpia:
Resposta
Trabalho por unidade de massa:
Calor transferido por unidade de massa: