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:
b)
ponto) A temperatura final; RESPOSTA:
b)
Passo 1
Vamos lá! A gente tem um exercício de termodinâmica envolvendo um dispositivo pistão-cilindro com vapor de água. Inicialmente, há
de vapor saturado a 250 kPa. Para mover o pistão, é preciso aplicar uma pressão de 300 kPa. A gente precisa descobrir qual é a temperatura final quando o volume dobra, ou seja, chega a
. Para resolver isso, vamos usar conceitos de propriedades dos gases e processos termodinâmicos, além de consultar tabelas de vapor de água para informações precisas.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o estado inicial do vapor. Sabemos que está saturado a 250 kPa, o que significa que está na condição de equilíbrio entre líquido e vapor. Para encontrar a temperatura correspondente a essa pressão, consultamos a tabela de vapor saturado da água.
Passo 3
Consultando a tabela de vapor saturado, encontramos que a temperatura correspondente a 250 kPa é aproximadamente
.
Passo 4
Agora, sabemos que o volume inicial
é
e o volume final
será o dobro disso, ou seja,
.
Passo 5
A pressão necessária para mover o pistão é de 300 kPa. Isso nos indica que, durante o processo de aquecimento, a pressão do vapor aumenta de 250 kPa para 300 kPa. Vamos considerar que esse aumento de pressão ocorre mantendo a quantidade de vapor constante, ou seja, o processo é isóbaro após o aumento para 300 kPa.
Passo 6
Para encontrar a temperatura final
correspondente à pressão de 300 kPa, consultamos novamente a tabela de vapor saturado da água.
Passo 7
Na tabela, vemos que a temperatura correspondente a 300 kPa é aproximadamente
.
Resposta
A temperatura final é de aproximadamente
.