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 o volume final?
Passo 1
Beleza, vamos recapitular a parada. Temos um pistão-cilindro com água líquida e vapor a 800 kPa, ocupando 0,1 m³ de líquido e 0,9 m³ de vapor em equilíbrio. Aí a gente joga calor mantendo a pressão constante em 800 kPa até o termômetro marcar 350 °C, e daí queremos saber o volume total final.
Conteúdo: Termodinâmica – equilíbrio de fases e vapor superaquecido. Vamos precisar:
Conteúdo: Termodinâmica – equilíbrio de fases e vapor superaquecido. Vamos precisar:
- Tabelas de vapor saturado (para achar massa inicial),
- Tabelas de vapor superaquecido (para achar volume específico a 800 kPa e 350 °C),
- Conservação de massa (massa total não muda).
Passo 2
Primeiro, vamos achar a massa de cada fração no início usando as tabelas de vapor saturado a 800 kPa.
• Da tabela em 800 kPa:
– (volume específico do líquido)
– (volume específico do vapor)
• Massa de líquido:
• Da tabela em 800 kPa:
–
–
• Massa de líquido:
• Massa de vapor:
• Massa total (que se mantém constante):
Passo 3
Agora o sistema é aquecido a pressão fixa de 800 kPa até 350 °C. A essa combinação ele está na região de vapor superaquecido, então pegamos na tabela de vapor superaquecido:
• Para e
,
• Para
Isso significa que cada quilograma de vapor ocupa esse volume específico no estado final.
Passo 4
Volume total final é massa total vezes o volume específico no estado final:
Resposta
O volume final do sistema, após aquecer a 800 kPa e 350 °C, é aproximadamente