O fluido R134-a, bifásico, está em um tanque rígido a
e
da sua massa está em estado líquido. Se o tanque possui 100 litros de capacidade volumétrica, determine a massa total de fluido, massa de vapor, massa de líquido e peso total de fluido.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um fluido chamado R134-a que está no estado bifásico, ou seja, tem tanto líquido quanto vapor, dentro de um tanque rígido a
. Sabemos que
da massa do fluido está em estado líquido. O tanque tem uma capacidade volumétrica de 100 litros. Nosso objetivo é encontrar:
- A massa total do fluido
- A massa de vapor
- A massa de líquido
- O peso total do fluido
Para resolver isso, vamos precisar entender os conceitos de propriedades termodinâmicas dos fluidos bifásicos, como densidade e qualidade da mistura. Também vamos usar fórmulas básicas de física para relacionar massa, volume e densidade.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa o tanque ser rígido. Isso quer dizer que o volume total do tanque não muda, ou seja, ele sempre terá 100 litros, independentemente de como o fluido esteja distribuído entre líquido e vapor.
Passo 3
Sabemos que
da massa está em estado líquido. Isso significa que a massa de vapor é o restante, ou seja,
. Vamos chamar a massa total de
, a massa de líquido de
e a massa de vapor de
.
Portanto:
Passo 4
Para encontrar a massa total, precisamos relacionar o volume total do tanque com as densidades do líquido e do vapor. A densidade (
) é a massa por unidade de volume, então:
Passo 5
Agora, precisamos das densidades do R134-a nas condições dadas (
). Supondo que temos os seguintes valores (esses valores são aproximados e para fins ilustrativos):
Convertendo 100 litros para metros cúbicos:
Passo 6
Substituindo as relações das massas no volume total:
Vamos simplificar a equação:
Passo 7
Agora, resolvemos para
:
Passo 8
Com a massa total, podemos encontrar as massas de líquido e vapor:
Passo 9
Por fim, para encontrar o peso total do fluido, usamos a relação entre massa e peso:
Onde
é a aceleração da gravidade (
).
Resposta
A massa total de fluido no tanque é aproximadamente 4,82 kg, sendo a massa de vapor 0,48 kg, a massa de líquido 4,34 kg e o peso total do fluido é cerca de 47,3 N.