Durante a operaçāo de uma caldeira industrial, um tanque rigido de
contendo 20 kg de vapor d’água a
é submetido a um resfriamento controlado, como pode ocorrer em sistemas de recuperação de calor ou segurança térmica. Após o resfriamento, a pressão cai para
. Deseja-se
a) calcular a massa de vapor que se condensa nesse processo.
b) determinar as trocas energéticas envolvidas no processo.
a) calcular a massa de vapor que se condensa nesse processo.
b) determinar as trocas energéticas envolvidas no processo.
Passo 1
O tanque rígido de volume
contém inicialmente
de vapor d’água à pressão
. Ele é resfriado até
, sem variação de volume (tanque rígido). Precisamos calcular (a) a massa de vapor que se condensa e (b) as trocas de energia
e
. Usaremos tabelas de vapor saturado para obter volumes específicos e energias internas nas duas pressões e aplicar balanço de massa e energia.
Passo 2
Como o volume é constante, o volume específico em todo o processo é
Passo 3
Na pressão inicial
, da tabela de vapor saturado temos
A qualidade inicial
(fração mássica de vapor) é
Passo 4
Na pressão final
, da tabela de vapor saturado temos
A qualidade final
é
Passo 5
A massa de vapor inicialmente presente é
e a massa de vapor ao final é
Logo, a massa de vapor que se condensou é
Passo 6
Em tanque rígido não há trabalho de fronteira
. O calor trocado é dado por
onde
e
são as energias internas específicas no início e fim:
- Em
: .
- Em
: .
Portanto
e
O sinal negativo indica calor removido do sistema.
Resposta
a)
.
b) Trabalho e calor trocado
(ou
).
b) Trabalho