Um arranjo pistão-cilindro contém
de água líquida e
de vapor dágua em equilíbrio a 800 kPa. Calor é transferido a pressão constante até que a temperatura atinja
. Qual a massa total de água?
Passo 1
Beleza, olha o que a questão diz: num pistão-cilindro a gente tem 0,1 m³ de água líquida e 0,9 m³ de vapor, tudo em equilíbrio a 800 kPa. Aí a gente esquenta à pressão constante até 350 °C. O que a gente quer saber é a massa total de água que tá dentro do cilindro.
Conteúdo envolvido: equilíbrio de fases (mistura líquido–vapor), volume específico e tabela de vapor d’água. Vamos precisar:
Conteúdo envolvido: equilíbrio de fases (mistura líquido–vapor), volume específico e tabela de vapor d’água. Vamos precisar:
- Entender o que é volume específico e como ele aparece em tabela.
- Pegar na tabela, pra P=800 kPa, o
(volume específico do líquido saturado) e o (do vapor saturado). - Usar a relação
pra descobrir as massas.
Passo 2
Teoria rápida (sem pular passo):
- Volume específico
é o volume por unidade de massa ( ), logo massa é . - Quando a água tá em equilíbrio a 800 kPa, ela tá na fase saturada, ou seja, parte líquida e parte vapor coexistindo. Nessa condição, tabelas de vapor dão dois números importantes:
•: volume específico do líquido saturado (m³/kg)
•: volume específico do vapor saturado (m³/kg) - Como o processo é a pressão constante (800 kPa), a massa total não muda durante o aquecimento — a gente só precisa encontrar a massa inicial (antes de ir a 350 °C), que vai ser igual à massa final.
Passo 3
Usando a tabela de vapor (valores aproximados para 800 kPa):
Agora calculamos:
massa de água líquida
massa de água líquida
massa de vapor
Resposta
m_total = m_f + m_g ≃ 89,3 kg + 3,66 kg = 93,0 kg (aprox.).