Uma massa de água inicialmente em estado de líquido saturado, é trazida ao estado de vapor saturado através de um processo a pressão e temperatura constantes:
Obtenha expressões para o cálculo do trabalho e do calor em termos da massa e de outras propriedades que possam ser lidas diretamente da tabela de vapor;
Obtenha expressões para o cálculo do trabalho e do calor em termos da massa e de outras propriedades que possam ser lidas diretamente da tabela de vapor;
Passo 1
Beleza, aqui a gente tem uma massa de água que começa como líquido saturado e vira vapor saturado mantendo pressão e temperatura fixas. O conteúdo é Termodinâmica (1ª lei para sistema fechado e mudança de fase). Para resolver, a gente vai usar:
- A 1ª lei da termodinâmica (ΔU = Q – W)
- Trabalho em processo à pressão constante (W = ∫P dV)
- Relação entre entalpia, energia interna e P·V (h = u + Pv)
- Propriedades (v_f, v_g, h_f, h_g) diretamente da tabela de vapor
Passo 2
Primeiro, a 1ª lei para sistema fechado diz:
Como tá rolando mudança de fase a pressão constante, o trabalho de fronteira é
Aqui V = m,v, onde v é volume específico. Então a gente vai usar v_f (volume específico do líquido saturado) e v_g (do vapor saturado) lá na tabela.
Passo 3
Vamos achar W em função de massa e propriedades tabeladas:
Isso já resolve o trabalho, mostrando que você só precisa de m, P, v_f e v_g (todos lidos direto na tabela de vapor).
Passo 4
Para o calor Q, voltamos à 1ª lei:
Mas como h = u + P,v, a diferença de entalpia é
Multiplicando por m:
Logo, em vez de ficar calculando Δu e W separados, você usa direto a entalpia saturada:
Resposta
onde v_f, v_g, h_f e h_g são as propriedades de líquido saturado e vapor saturado encontradas na tabela.