Um reservatório está dividido em duas partes iguais. Inicialmente, um lado contém 5 kg de água a 200 kPa e
e o outro lado está evacuado. Retira-se a separação, permitindo à água expandir-se à medida que ocupa todo o volume. O reservatório é deixado em repouso até que a temperatura da água retorne ao valor inicial de
. Determine: a) o volume do reservatório, b) a pressão final e c) o calor transferido neste processo.
Passo 1
O enunciado pede para a gente achar o volume total do reservatório, a pressão final e o calor trocado quando 5 kg de água, inicialmente a 200 kPa e 25 °C em metade do volume, se expandem para o volume total e depois retornam a 25 °C.
Passo 2
Estado inicial: água é líquido comprimido a 25 °C, podemos aproximar suas propriedades pelas de líquido saturado. Das tabelas a 25 °C:
v_f = 0.001003 m^3/kg e u_f = 104.82 kJ/kg. Logo obtemos
e
.
v_f = 0.001003 m^3/kg e u_f = 104.82 kJ/kg. Logo obtemos
Passo 3
Como só metade do reservatório continha a água, o volume total é
Passo 4
Na remoção da separação ocorre expansão livre (sem trabalho de fronteira e sem calor instantâneo), então
e o volume específico final é
Passo 5
Como
a 25 °C, a água fica em mistura saturada a 25 °C. A pressão final é a pressão de saturação a 25 °C:
Passo 6
Para achar o calor na etapa de retorno a 25 °C a volume constante usamos
. Aqui
e o estado 3 é mistura saturada a 25 °C, então
com
.
Resposta
a)
; b)
; c)
.