2- Um cilindro com o volume inicial a
contém
de água a
. A água é então comprimida através de um processo isotérmico até se tenha
de vapor. Assumindo que o vapor de água se comporta como gás ideal, calcule o trabalho em kJ/ kg e kJ efetuado neste processo, assim como
e
.
Passo 1
O enunciado dá um cilindro com massa de água
, volume inicial
temperatura constante de
e pede o trabalho no processo isotérmico em
e em
, além das pressões
e
. Assumimos vapor de água como gás ideal com constante
. O processo é:
- Compressão isoterma de vapor superaquecido até atingir a pressão de saturação
a . - Compressão contínua à pressão constante
até a qualidade .
Passo 2
Calcular a pressão inicial
usando a equação dos gases ideais no estado superaquecido:
Substituindo,
Passo 3
A
a água começa a condensar em
O volume em que a condensação inicia é
No fim do processo a qualidade é
, e o volume do vapor saturado é
o volume de líquido saturado
é desprezível, logo o volume final da mistura é
Passo 4
O trabalho na etapa de vapor superaquecido (de
até
) é
Passo 5
O trabalho na etapa de mistura bifásica (de
até
) a pressão constante
é
Passo 6
O trabalho total do sistema (negativo indica trabalho feito sobre o sistema) é
Em base por quilograma de água: