Exemplo 3.3: Um tanque isolado e rígido com um volume de
contém vapor d’água saturada a
. A água é rapidamente misturada até uma pressão de 20
. Determine a temperatura no estado final e o trabalho realizado durante o processo.
Passo 1
O problema descreve um tanque rígido e termicamente isolado de volume
contendo vapor d’água saturado a
(pressão de saturação
). De forma rápida ele é levado a uma nova pressão
. Pedem a temperatura final
e o trabalho realizado. Vamos usar tabelas de vapor, energia interna e o fato de que, sendo o tanque rígido e isolado, não há troca de calor nem trabalho de borda por variação de volume.
Passo 2
Como o volume é constante e o tanque é isolado,
logo, da primeira lei (sistema fechado),
Mas aqui basta notar que a massa específica
não muda, e o trabalho de borda é zero.
Passo 3
Na condição inicial (saturado a
), o vapor é vapor saturado seco, cujo volume específico da fase vapor é
(tabela de vapor). Então a massa total é
Passo 4
No estado final, como
e
são os mesmos, o volume específico também é
Passo 5
A
, a temperatura de saturação é
e o volume específico de vapor saturado
é menor que
. Logo o estado final é vapor superaquecido. Na tabela de vapor superaquecido a
buscamos o valor de
que forneça
Interpola-se entre os pontos da tabela e encontra-se
Passo 6
O trabalho de borda é
porque o volume não varia. Não há outro tipo de trabalho indicado.