(
- 5_ed) - Um arranjo pistão-cilindro contém inicialmente vapor dágua a
com um superaquecimento de
. Em seguida, o vapor de água perde calor para a vizinhança e o pistão desce, atingindo um conjunto de batentes. Nesse ponto
o cilindro contém água líquida saturada. O resfriamento continua até que o cilindro contenha apenas água a
. Determine a) a temperatura inicial; b) a pressão final; c) o estado final. (
; 1555 kPa )
o cilindro contém água líquida saturada. O resfriamento continua até que o cilindro contenha apenas água a
Passo 1
Então, o exercício diz o seguinte: temos um pistão-cilindro com vapor d’água a 3,5 MPa e “5 °C de super-aquecimento”. Aí a gente esfria, o pistão desce até bater numa trava (nesse ponto vira água líquida saturada) e daí continua esfriando até o sistema ficar só com água a 200 °C.
Matéria envolvida: termodinâmica das propriedades da água/vapor (tabelas de vapor saturado, vapor superaquecido e líquido comprimido). Vamos usar:
– a temperatura de saturação Tsat§ das tabelas;
– o fato de que, depois que o pistão bate, o volume é fixo (processo isocórico);
– e que, para líquido saturado, a pressão é a pressão de saturação àquela temperatura.
Matéria envolvida: termodinâmica das propriedades da água/vapor (tabelas de vapor saturado, vapor superaquecido e líquido comprimido). Vamos usar:
– a temperatura de saturação Tsat§ das tabelas;
– o fato de que, depois que o pistão bate, o volume é fixo (processo isocórico);
– e que, para líquido saturado, a pressão é a pressão de saturação àquela temperatura.
Passo 2
Primeiro temos que achar a temperatura inicial
. “5 °C de super-aquecimento” significa que
onde
.
Passo 3
Consultando a tabela de vapor saturado para água a
, achamos
Logo
Passo 4
No instante em que o pistão bate nos batentes, o fluido vira água líquida saturada à mesma pressão
. Nesse ponto o volume específico é
e a partir daí o volume fica fixo (processo isocórico). Então continuamos resfriando até a temperatura atingir 200 °C, mantendo o mesmo
. Para água líquida saturada à
, a pressão de saturação na tabela é
Portanto a pressão final
é essa.
Passo 5
Como estamos falando de água líquida saturada a 200 °C (fração de vapor
), o estado final é simplesmente “líquido saturado a 200 °C”.
Resposta
a) Temperatura inicial
b) Pressão final
c) Estado final: água líquida saturada a (fração de vapor
).
b) Pressão final
c) Estado final: água líquida saturada a