Dois mil quilos de água, inicialmente um líquido saturado a
, são aquecidos em um tanque rígido fechado, para um estado final onde a pressão é 5 MPa . Determine a temperatura final
e o volume do tanque
.
Passo 1
Então, o problema diz que temos 2000 kg de água, inicialmente na forma de líquido saturado a 150 °C, dentro de um tanque rígido (ou seja, volume total não muda). A gente vai aquecer até que a pressão interna seja 5 MPa. Precisamos descobrir:
- A temperatura final
- O volume do tanque
Conteúdo envolvido: Termodinâmica de fluidos puros – conceito de líquido saturado, tabela de propriedades da água (vazão específica, temperatura de saturação versus pressão) e equilíbrio em tanque rígido (volume constante).
Passo 2
Primeiro, vamos determinar o volume total do tanque a partir da condição inicial. Quando a água é “líquido saturado” a 150 °C, sua vazão específica (volume por massa) é:
Como a massa é 2000 kg, o volume total é
Esse volume não vai mudar porque o tanque é rígido.
Passo 3
No estado final, sabemos que a pressão é
e que o volume total continua
. Então a vazão específica final é
Agora, na tabela de saturação da água para
Isso significa que, ao fim do aquecimento, o estado da água está exatamente no ponto de líquido saturado sob 5 MPa.
Passo 4
Em um fluido puro, quando o volume específico do nosso sistema coincide com
de uma certa pressão de saturação, dizemos que o fluido está saturado naquela pressão—ou seja, nem há vapor, nem sub-resfriamento, mas exatamente líquido saturado.
Na tabela de saturação, a temperatura de saturação correspondente a é
Na tabela de saturação, a temperatura de saturação correspondente a
Resposta
Temperatura final:
.
Volume do tanque: .
Volume do tanque: