Problema 3.24 Um tanque rígido fechado com 0,2m3 contém água a uma pressão inicial de 5bar e um título de 50 %. Calor é transferido até que o tanque contenha somente vapor saturado. Determine a massa final de vapor no tanque, em kg, e a pressão final, em bar.

Passo 1

O enunciado descreve um tanque rígido de volume V=0,2 m^3 contendo inicialmente uma mistura saturada de água-vapor à pressão P1=5 bar com título x1=0,50. Ao adicionar calor, o sistema atinge o estado de vapor saturado ( x2=1). Precisamos usar tabelas de vapor d’água para obter os volumes específicos de saturado líquido e vapor em 5 bar, calcular a massa total e, em seguida, achar a pressão de saturção final que corresponde ao mesmo volume específico.

Passo 2

Das tabelas de vapor saturado em P1=5 bar temos
vf1=0,001091 m^3/kg, vg1=0,3749 m^3/kg
O volume específico inicial da mistura é
v1 = x1,vg1 + (1-x1),vf1 =0,50cdot0,3749 + 0,50cdot0,001091 =0,187545 m^3/kg
Como o tanque é rígido, a massa total m é dada por
m = Vv1 = 0,20,187545approx1,067 kg

Passo 3

No estado final temos vapor saturado ( x2=1) ocupando o mesmo volume específico v2=v1=0,187545 m^3/kg. Para determinar a pressão de saturação P2 tal que vg(P2)=v2, interpolamos nos dados de vg das tabelas:
vg(10 bar)=0,1944, vg(12 bar)=0,1693
Interpola-se linearmente entre 10 e 12,bar:
P2 approx 10 + 0,1944 - 0,1875450,1944 - 0,1693times 2 approx 10,5 bar

Resposta

Massa final de vapor: 1,07 kg
Pressão final de saturação: 10,5 bar

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