No final do processo a volume constante a pressão é de
kPa ) e a água corresponde a uma mistura bifásica líquido-vapor com um título de
. No final do processo a pressão constante a temperatura é de
. Despreze os efeitos das energias cinética e potencial.
Determine o trabalho e a transferência de calor para cada um dos dois processos, ambos em Btu.
Determine o trabalho e a transferência de calor para cada um dos dois processos, ambos em Btu.
Passo 1
Beleza, o que o enunciado diz é que temos dois processos sobre um sistema fechado de água:
- Processo a volume constante que termina em P₂=100 lbf/in² (≈689,5 kPa) e título x₂=0,8.
- Processo a pressão constante que termina em T₂=400 °F (≈204,4 °C).
A matéria envolvida é a Primeira Lei da Termodinâmica para sistema fechado (ΔU=Q–W), tabelas de vapor para encontrar u e v, e a definição de trabalho W=∫P dV.
Passo 2
Aqui bate um pepino: o enunciado não nos diz nem a massa m da água nem qual era o estado inicial (P₁,T₁ ou v₁). Sem m e sem (P₁,T₁ ou v₁) não dá para obter u₁ e nem v₁, de modo que não conseguimos achar numericamente ΔU, W ou Q.
Passo 3
Mas, se tivéssemos m e o estado inicial definido, o roteiro seria:
• Processo 1 (V=const):
– W₁ = ∫P dV = 0 (porque ΔV=0)
– Q₁ = ΔU = m·(u₂ – u₁)
• Processo 2 (P=const):
– W₂ = ∫P dV = P·ΔV = P·m·(v₂ – v₁)
– Q₂ = ΔU + W₂ = m·(u₂ – u₁) + P·m·(v₂ – v₁)
• Processo 1 (V=const):
– W₁ = ∫P dV = 0 (porque ΔV=0)
– Q₁ = ΔU = m·(u₂ – u₁)
• Processo 2 (P=const):
– W₂ = ∫P dV = P·ΔV = P·m·(v₂ – v₁)
– Q₂ = ΔU + W₂ = m·(u₂ – u₁) + P·m·(v₂ – v₁)
Passo 4
Depois, usar tabelas de vapor:
– No final do Processo 1, pela pressão e qualidade, achar u₂ e v₂.
– No final do Processo 2, pela pressão e temperatura, achar u₂ e v₂ (superaquecido).
– No início de cada processo, pelo estado inicial, achar u₁ e v₁.
– No final do Processo 1, pela pressão e qualidade, achar u₂ e v₂.
– No final do Processo 2, pela pressão e temperatura, achar u₂ e v₂ (superaquecido).
– No início de cada processo, pelo estado inicial, achar u₁ e v₁.
Resposta
Faltam dados fundamentais (massa e estado inicial) para calcular os valores numéricos de trabalho e calor. Peça ao enunciado a massa da água e o estado inicial (P₁,T₁ ou v₁) antes de ir adiante.