Questão 7.
Um tanque com capacidade de
contém 1500 kg de água líquida a
em equilíbrio com o seu vapor, que ocupa o restante do tanque. Uma quantidade de 1000 kg de água a
é bombeada para o interior do tanque. Que quantidade de calor deve ser adicionada durante esse processo para que a temperatura no interior do tanque não varie?
Passo 1
O enunciado dá um tanque rígido de volume
contendo inicialmente
de água líquida saturada a
em equilíbrio com seu vapor. Em seguida, bombeia-se
de água líquida a
para dentro do tanque, mantendo-se a temperatura em
durante todo o processo. Precisamos achar a quantidade de calor
que deve ser adicionada.
Conteúdo: primeira lei da termodinâmica para volume fixo (não há trabalho de fronteira), uso de entalpias e tabelas de vapor saturado.
Conteúdo: primeira lei da termodinâmica para volume fixo (não há trabalho de fronteira), uso de entalpias e tabelas de vapor saturado.
Passo 2
Determinar as propriedades do vapor saturado a
(tabela de vapor):
E para a água líquida a
aproximamos
Passo 3
Calcular a massa de vapor inicial usando o balanço de volume:
volume do líquido inicial
volume do líquido inicial
logo o vapor ocupa
e sua massa é
Passo 4
Aplicar energia interna via entalpia (sistema aberto com entrada de massa, sem trabalho de fronteira):
Calcular
E
Passo 5
Determinar as massas finais de líquido e vapor usando o volume fixo e a massa total
Seja
a massa de líquido final, então
Dessa equação obtém-se
logo
Passo 6
Calcular a entalpia final
Agora
Resposta
Aproximadamente
de calor devem ser adicionados ao tanque.