Um dispositivo cilindro-êmbolo contém 25 g de vapor de água saturado, mantido à pressão constante de 300
. Liga-se uma resistência elétrica no interior, fazendo passar
durante 5 min com uma tensão de 120 V . Ao mesmo tempo, ocorre uma perda de calor de
. Determine a temperatura final do vapor.
Passo 1
Então, o enunciado diz o seguinte: num cilindro com êmbolo a pressão constante de 300 kPa tem 25 g de vapor de água saturado. A gente liga uma resistência: passa 0,2 A por 5 min a 120 V. Ao mesmo tempo, escapa 3,7 kJ de calor pra fora. Pergunta: qual é a temperatura final do vapor?
Conteúdo: 1ª lei da termodinâmica pra sistema fechado, processo isobárico e uso de tabelas de vapor (entalpia). Vamos precisar da entalpia do vapor saturado a 300 kPa e da entalpia em regime de superaquecido pra achar a T final.
Conteúdo: 1ª lei da termodinâmica pra sistema fechado, processo isobárico e uso de tabelas de vapor (entalpia). Vamos precisar da entalpia do vapor saturado a 300 kPa e da entalpia em regime de superaquecido pra achar a T final.
Passo 2
Primeiro, anota os dados e coloca tudo em unidades consistentes:
m = 25 g = 0,025 kg
P = 300 kPa
I = 0,2 A, V = 120 V, t = 5 min = 300 s
Perda de calor:
m = 25 g = 0,025 kg
P = 300 kPa
I = 0,2 A, V = 120 V, t = 5 min = 300 s
Perda de calor:
Passo 3
Calcula a energia elétrica que entrou:
Então o calor líquido que ficou no vapor é
Passo 4
Como o processo é a pressão constante, vale o teorema:
onde
é a entalpia do vapor saturado a 300 kPa e
é a entalpia final (superaquecido).
Passo 5
Da tabela de vapor saturado a 300 kPa (Tₛₐₜ≈133,55 °C), temos
Logo,
Passo 6
Agora consultamos a tabela de vapor superaquecido a 300 kPa e buscamos a temperatura em que
Na prática, a gente vê algo como:
- a 200 °C,
- a 220 °C,
Fazemos interpolação linear para achar.
Resposta
A temperatura final do vapor fica aproximadamente