Uma mistura de 3 litros de água líquida com 4 litros de vapor de água está em equilíbrio termodinâmico na pressão de 100 kPa . Determine a energia interna da mistura. Na resolução dos exercícios faças as hipóteses necessárias.
Passo 1
Então, o enunciado diz que temos 3 L de água líquida e 4 L de vapor de água, em equilíbrio a 100 kPa, e a gente tem que calcular a energia interna total dessa mistura. Isso é Termodinâmica básica: usar tabelas de vapor (steam tables) pra achar propriedades do líquido saturado e do vapor saturado a 100 kPa, e depois calcular massa e energia interna de cada “parte” pra somar tudo no final.
Passo 2
A gente vai precisar dos dados de vapor saturado a 100 kPa:
– volume específico do líquido saturado:
– energia interna do líquido saturado:
– volume específico do vapor saturado:
– energia interna do vapor saturado:
– volume específico do líquido saturado:
– energia interna do líquido saturado:
– volume específico do vapor saturado:
– energia interna do vapor saturado:
Esses valores vêm direto da tabela de água saturada a 0,1 MPa (100 kPa).
Passo 3
Agora vamos achar as massas de cada fase a partir dos volumes dados:
Para o líquido (3 L = 0,003 m³):
Para o líquido (3 L = 0,003 m³):
Para o vapor (4 L = 0,004 m³):
Passo 4
Com as massas, calculamos a energia interna de cada parte:
– Energia interna do líquido:
– Energia interna do líquido:
– Energia interna do vapor:
Passo 5
A energia interna total da mistura é a soma:
Resposta
A energia interna total da mistura é, aproximadamente,