Determine o calor necessário para transformar 0,5 kg de água em estado de líquido saturado para vapor saturado. Considere uma transformação isobárica de pressão 0,1 MPa. Esboce essa transformação em um diagrama Pv. Após os cálculos faça uma pesquisa e defina o termo calor latente.

Passo 1

Beleza, vamos resumir: a gente tem 0,5 kg de água líquida saturada e quer convertê-la em vapor saturado à pressão constante de 0,1 MPa. Isso é Termodinâmica pura, mais precisamente mudanças de fase. Para resolver, vamos precisar dos valores de entalpia do líquido saturado ( ) e do vapor saturado ( ) na tabela de vapor à 0,1 MPa. A partir daí, calculamos o calor trocado.

Passo 2

Vamos buscar na tabela de vapor (ou tabela de propriedades termodinâmicas da água) os valores a 0,1 MPa (que equivale a 1 bar, ou cerca de 100 °C de temperatura de saturação):
  • (entalpia do líquido saturado) ≃ 419 kJ/kg
  • (entalpia do vapor saturado) ≃ 2676 kJ/kg

Passo 3

Para mudar de fase, o calor necessário é
Q = m,(hg - hf) ;=; m,hfg
onde hfg = 2676 - 419 = 2257 kJ/kg é a entalpia de vaporização (o famoso calor latente).
Calculando:
Q = 0,5;kg times 2257;kJ/kg = 1128,5;kJ

Passo 4

No diagrama isso fica muito simples de esboçar:
– Marca uma linha horizontal (porque a pressão é constante) a MPa.
– No ponto onde essa linha cruza a curva de líquido saturado (volume ) começa o processo.
– Ele segue para a direita até cruzar a curva de vapor saturado (volume ).
Assim a gente vê a mudança de fase isobárica de líquido para vapor.

Passo 5

Calor latente é justamente o calor que você precisa fornecer (ou retirar) pra uma substância mudar de fase sem alterar a temperatura. No caso da água, esse calor vai “quebrar” as ligações entre as moléculas no líquido, virando vapor, mas a temperatura continua a mesma enquanto durar a mudança de fase.

Resposta

O calor necessário é
boxedQ = 1,128,5 kJ
e o calor latente é a energia por kg necessária para a mudança de fase sem variação de temperatura.

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