Água como líquido saturado a 150 ^circ C, 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:
  1. Tabelas de propriedades de água saturada a 150 °C (pressão, volumes específicos, entalpias).
  2. Saber que, num processo reversível a P constante, o trabalho por unidade de massa é
    .
  3. 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:
w ;=; p,(v2 - v1) ;=; 476,2;kPa;times;(0,3928 - 0,00109);m^3!/kg
Antes de multiplicar, observe que kPa·m³/kg já dá kJ/kg.
v2 - v1 = 0,3928 - 0,00109 = 0,39171;m^3!/kg
w = 476,2 times 0,39171 approx 186,6;rm kJ/kg

Passo 4

Calcular o calor trocado por kg de água usando a variação de entalpia:
q = h2 - h1 = 2778,1 - 632,8 = 2145,3;rm kJ/kg

Resposta

Trabalho por unidade de massa:
w approx 186,6;rm kJ/kg
Calor transferido por unidade de massa:
q approx 2145,3;rm kJ/kg

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