2- Um cilindro com o volume inicial a
contém 1 kg de água a
. A água é então comprimida através de um processo isotérmico até que se tenha
de vapor. Assumindo que o vapor de água se comporta como gás ideal, calcule o trabalho e a energia interna em
e kJ efetuado neste processo, assim como P1 e P2.
Passo 1
O enunciado descreve um processo isotermo em um pistão-cilindro contendo
kg de água à temperatura constante de
. O volume inicial é
e ao final temos
de vapor (qualidade
).
Conteúdo: propriedades de mistura saturada de água, trabalho de processo isobárico na região bifásica e variação de energia interna de mistura.
Conteúdo: propriedades de mistura saturada de água, trabalho de processo isobárico na região bifásica e variação de energia interna de mistura.
Passo 2
Como o processo é isotermo a
, a pressão interna do sistema é a pressão de saturação a
, e o sistema permanece na região bifásica. Das tabelas de vapor saturado a
obtemos:
onde
é o volume específico do líquido saturado e
do vapor saturado.
Passo 3
Especificamos o volume específico inicial e final:
Como o processo permanece na mistura saturada, a pressão inicial e final são iguais:
Passo 4
O trabalho de fronteira (por unidade de massa) no processo isobárico é
Convertendo unidades (
):
Como há
kg, o trabalho total é
Passo 5
Para a variação de energia interna usamos
. Das tabelas a
:
Assim
Logo, a variação de energia interna por kg é
e total
Resposta
P
P
kPa
W –
kJ/kg (–
kJ total)
u
–
kJ/kg (–
kJ total)
W