Um arranjo pistão-cilindro contém 0,1 m^3 de água líquida e 0,9 m^3 de vapor dágua em equilíbrio a 800 kPa. Calor é transferido a pressão constante até que a temperatura atinja 350^circ C. 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:
  1. Tabelas de vapor saturado (para achar massa inicial),
  2. Tabelas de vapor superaquecido (para achar volume específico a 800 kPa e 350 °C),
  3. 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:
mf = Vfvf = 0,10,001093 approx 91,5;kg (volume específico do líquido)
mg = Vgvg = 0,90,24068 approx 3,74;kg (volume específico do vapor)
• Massa de líquido:
m = mf + mg approx 91,5 + 3,74 = 95,24;kg
• 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 v2 approx 0,25795 m^3/kg e ,
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:
V2 = m cdot v2 = 95,24;kg times 0,25795;m^3/kg approx 24,56;m^3

Resposta

O volume final do sistema, após aquecer a 800 kPa e 350 °C, é aproximadamente
boxed24,6 m^3

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