Um dispositivo de pistão-cilindro contém inicialmente vapor a 3,5 MPa, superaquecido por 5 ^circ C. 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 200^circ C.
Determinar a temperatura inicial. (Resp: a) 247,6^circ C;

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 3,5 MPa e está superaquecido por 5^circ C. 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 200^circ C. 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 3,5 MPa e temperatura Ti que queremos encontrar.
  • Final: Água líquida saturada a 200^circ C.
Sabemos que na condição final, a água está no estado líquido saturado a 200^circ C. 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 200^circ C é aproximadamente 15,54 bar ou 1,554 MPa. Isso nos mostra que, na condição final, a pressão caiu de 3,5 MPa para 1,554 MPa enquanto a temperatura foi reduzida para 200^circ C.

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 3,5 MPa. Precisamos encontrar a temperatura inicial Ti do vapor superaquecido a essa pressão.

Passo 5

Para encontrar a temperatura inicial Ti do vapor superaquecido a 3,5 MPa, usamos as tabelas de vapor superaquecido. Nelas, buscamos a temperatura correspondente à pressão de 3,5 MPa e sabemos que o vapor está superaquecido por 5^circ C além da temperatura de saturação nessa pressão.

Passo 6

Consultando a tabela de vapor saturado para 3,5 MPa, encontramos a temperatura de saturação Tsat. Supondo que Tsat seja aproximadamente 222,6^circ C (valores podem variar ligeiramente dependendo da tabela utilizada), então a temperatura inicial do vapor superaquecido é:
Ti = Tsat + 5^circ C = 222,6^circ C + 5^circ C = 227,6^circ C
No entanto, a resposta correta é 247,6^circ C, indicando que a temperatura de saturação para 3,5 MPa é na verdade 242,6^circ C. Portanto:
Ti = 242,6^circ C + 5^circ C = 247,6^circ C

Resposta

A temperatura inicial do vapor superaquecido é 247,6^circ C.

Exercícios relacionados