Uma certa quantidade de vapor de água saturado a
é condensada isotermicamente para líquido saturado em um arranjo pistão-cilindro. Calcule a transferência de calor e o trabalho realizado durante esse processo, em
.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma quantidade de vapor de água saturado a
que está sendo condensado isotermicamente para líquido saturado em um sistema pistão-cilindro. O que precisamos calcular é a transferência de calor (
) e o trabalho realizado (
) durante esse processo, ambos em
.
Estamos lidando com conceitos de termodinâmica, especificamente com processos de mudança de fase e propriedades de substâncias em equilíbrio. Para isso, vamos precisar usar as tabelas de vapor para água, que nos dão propriedades como entalpia e volume específico em diferentes estados.
Passo 2
Primeiro, como o processo é isotérmico (a temperatura permanece constante), sabemos que a temperatura de
corresponde à temperatura de saturação da água a uma certa pressão. Vamos verificar na tabela de vapor qual é a pressão correspondente a essa temperatura.
Consultando a tabela de vapor saturado para água a
, encontramos que a pressão de saturação (
) é de aproximadamente
.
Passo 3
Agora, precisamos identificar as entalpias específicas do vapor saturado (
) e do líquido saturado (
) a essa temperatura. Essas entalpias representam a energia por unidade de massa do vapor e do líquido, respectivamente.
Na tabela de vapor a
:
- Entalpia do vapor saturado,
- Entalpia do líquido saturado,
Passo 4
A transferência de calor (
) durante a condensação isotérmica pode ser calculada usando a diferença entre as entalpias do vapor saturado e do líquido saturado:
Substituindo os valores:
Passo 5
Agora, vamos calcular o trabalho realizado (
) durante esse processo. O trabalho em um processo isotérmico para uma mudança de fase pode ser calculado usando a fórmula:
Onde:
-
é a pressão de saturação em -
é o volume específico do vapor saturado em -
é o volume específico do líquido saturado em
Primeiro, vamos converter a pressão de
para
:
Consultando novamente a tabela de vapor a
, temos:
- Volume específico do vapor saturado,
- Volume específico do líquido saturado,
Agora, calculando o trabalho:
Resposta
A transferência de calor é de
e o trabalho realizado é de
.