Questão 3 (5,0 pontos):

Um conjunto cilindro-pistão sem atrito contém 8,0 kg de água a 1340 kPa e 146^circ C. O sistema é resfriado a pressão constante, até que o refrigerante apresente título igual a 46 %. Determine o trabalho, em kJ, realizado nesse processo.

Passo 1

O enunciado descreve um processo à pressão constante em um cilindro-pistão sem atrito contendo m=8,0:kg de água. O estado inicial é dado por
p1 = 1340:kPa, T1 = 146^circC,
e o estado final ocorre também a
p2 = 1340:kPa,
com título (qualidade) x2 = 0,46. Como o processo é à pressão constante, o trabalho realizado pelo sistema é
W = integralV1^V2 p,dV = p,(V2 - V1)
Para calcular V1 e V2 precisamos das massas específicas v1 e v2.

Passo 2

Estado inicial: p1=1340:kPa e T1=146^circC. Nesse ponto T1<Tsat(p1)approx196^circC, logo é água comprimida. Aproximamos
v1 approx vf(T1=146^circC) = 0,001093:m^3/kg
(pela tabela de líquido saturado a 146^circC). Então
V1 = m,v1 = 8,0 times 0,001093 = 0,008744:m^3

Passo 3

Estado final: mistura saturada a p2=1340:kPa com x2=0,46. Da tabela de água saturada a 1,34:MPa:
vf = 0,001066:m^3/kg, vg = 0,12974:m^3/kg
A massa específica final é
v2 = vf + x2,(vg - vf) = 0,001066 + 0,46l(0,12974 - 0,001066r) = 0,06013:m^3/kg
Logo
V2 = m,v2 = 8,0 times 0,06013 = 0,48104:m^3

Passo 4

O trabalho é
De<a V = V2 - V1 = 0,48104 - 0,008744 = 0,47230:m^3,
W = p,De<a V = 1340:kPatimes 0,47230:m^3 = 633,4:kJ
(Usamos 1:kPacdotm^3=1:kJ.)

Resposta

O trabalho realizado é W approx 633,4:kJ

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