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:
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):
mf ;=;Vfvf ;=;0,0030,001043 ;approx;2,875;kg
Para o vapor (4 L = 0,004 m³):
mg ;=;Vgvg ;=;0,0041,6719 ;approx;0,002393;kg

Passo 4

Com as massas, calculamos a energia interna de cada parte:
– Energia interna do líquido:
Uf = mf,uf =2,875times417,46 ;approx;1200,9;kJ
– Energia interna do vapor:
Ug = mg,ug =0,002393times2506,2 ;approx;5,99;kJ

Passo 5

A energia interna total da mistura é a soma:
U = Uf + Ug =1200,9 + 5,99 ;approx;1206,9;kJ

Resposta

A energia interna total da mistura é, aproximadamente,
boxed1,21times10^3;kJ

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