Questão 1 ( 2,5 pontos)-Um dispositivo pistão-cilindro contém inicialmente
de vapor de água saturado a 250 kPa . Neste estado, o pistão fica apoiado em um conjunto de batentes, e a massa do pistão é tal que uma pressão de 300 kPa é necessária para movêlo. O calor é agora transferido lentamente para o vapor até que o volume dobre. Determine:
a)
ponto) A massa inicial; RESPOSTA:
a)
Passo 1
Vamos entender o que a questão está nos pedindo. Temos um dispositivo pistão-cilindro com vapor de água saturado a 250 kPa e volume inicial de 0,8 m³. Sabemos que para mover o pistão é necessário aplicar uma pressão de 300 kPa. Precisamos calcular a massa inicial do vapor. Para resolver isso, vamos usar os conceitos de propriedades dos gases e a equação de estado, que relaciona pressão, volume, massa e temperatura.
Passo 2
Primeiro, precisamos encontrar a densidade do vapor de água saturado a 250 kPa. A densidade (
) é a massa por unidade de volume, então
. Mas como não temos a massa ainda, vamos usar a relação inversa,
, onde
é o volume específico.
Passo 3
Consultando as tabelas de vapor saturado para água a 250 kPa, encontramos o volume específico
(vapor saturado) correspondente. Supondo que
(valor típico para esse estado).
Passo 4
Agora, usamos a relação
para encontrar a massa inicial. Sabemos que
e
.
Passo 5
Isolando a massa
, temos:
Resposta
A massa inicial do vapor é aproximadamente 6,29 kg.