Um recipiente rígido contém
de água líquida saturada e
de vapor saturado. A pressão do sistema é de 10 kPa . (a) Qual é a quantidade mínima de calor necessária para evaporar todo o líquido?
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que o problema tá pedindo. Temos um recipiente rígido que contém 50,0 kg de água líquida saturada e 4,3 kg de vapor saturado, tudo isso sob uma pressão de 10 kPa. A pergunta é: qual a quantidade mínima de calor necessária para evaporar toda essa água líquida? Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre calor latente de vaporização e usar algumas fórmulas básicas da termodinâmica.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é o calor latente de vaporização. É a quantidade de calor que precisa ser adicionada a uma substância para que ela mude de fase, no caso, de líquido para vapor, sem mudar a temperatura. A fórmula que vamos usar é:
Onde:
- $ Q $ é o calor necessário,
- $ m $ é a massa da água líquida,
- $ L_v $ é o calor latente de vaporização.
Passo 3
Agora, precisamos saber o valor do $ L_v $ para água a uma pressão de 10 kPa. Esse valor geralmente é encontrado em tabelas de propriedades da água/vapor (chamadas de tabelas termodinâmicas). Para simplificar, vamos usar um valor aproximado de $ L_v = 2370 , kJ/kg $ para água a 10 kPa.
Passo 4
Com esses valores em mãos, vamos substituir na fórmula:
Passo 5
Agora, é só fazer a multiplicação:
Resposta
A quantidade mínima de calor necessária para evaporar toda a água líquida é 118.500 kJ.