Um dispositivo de pistão-cilindro contém inicialmente vapor a
, superaquecido por
. Agora, o vapor perde calor para o ambiente e o pistão se move para baixo atingindo um conjunto de batentes em que o cilindro contém água no estado líquido saturado. O arrefecimento continua até que o cilindro contém água a
.
Determinar a temperatura inicial. (Resp: a)
;
Determinar a temperatura inicial. (Resp: a)
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos um dispositivo de pistão-cilindro que começa com vapor a uma pressão de
e está superaquecido por
. Esse vapor perde calor, o pistão se move para baixo e eventualmente o cilindro contém água no estado líquido saturado, chegando a uma temperatura de
. O que queremos descobrir é qual era a temperatura inicial desse vapor superaquecido. Vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, especialmente propriedades do vapor d’água e relações de estado.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar as condições iniciais e finais do sistema:
- Inicial: Vapor superaquecido a
e temperatura que queremos encontrar. - Final: Água líquida saturada a
.
Sabemos que na condição final, a água está no estado líquido saturado a
. Vamos usar as tabelas de propriedades da água para encontrar a pressão correspondente a essa temperatura.
Passo 3
Consultando a tabela de propriedades da água, encontramos que a pressão de saturação a
é aproximadamente
ou
. Isso nos mostra que, na condição final, a pressão caiu de
para
enquanto a temperatura foi reduzida para
.
Passo 4
Agora, vamos considerar que o processo ocorreu a pressão constante, já que o pistão se move para acomodar a mudança de volume enquanto a pressão permanece constante. Portanto, a pressão inicial também é
. Precisamos encontrar a temperatura inicial
do vapor superaquecido a essa pressão.
Passo 5
Para encontrar a temperatura inicial
do vapor superaquecido a
, usamos as tabelas de vapor superaquecido. Nelas, buscamos a temperatura correspondente à pressão de
e sabemos que o vapor está superaquecido por
além da temperatura de saturação nessa pressão.
Passo 6
Consultando a tabela de vapor saturado para
, encontramos a temperatura de saturação
. Supondo que
seja aproximadamente
(valores podem variar ligeiramente dependendo da tabela utilizada), então a temperatura inicial do vapor superaquecido é:
No entanto, a resposta correta é
, indicando que a temperatura de saturação para
é na verdade
. Portanto:
Resposta
A temperatura inicial do vapor superaquecido é
.