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 pressão final.
Passo 1
Beleza, temos um reservatório rígido dividido ao meio: num lado estão 5 kg de água líquida a 200 kPa e 25 °C, no outro é vácuo. Aí a gente retira a parede, a água se expande (sem fazer trabalho porque é expansão para vácuo) e depois deixa tudo até voltar a 25 °C. Precisamos achar a pressão final. Vamos usar conceitos de volume específico, tabela de água saturada e mistura líquido-vapor.
Passo 2
Primeiro, calcula o volume total do reservatório.
– Na condição inicial (200 kPa, 25 °C) a água é líquido comprimido, mas como a temperatura é bem abaixo da de ebulição, a gente aproxima o volume específico por
– Na condição inicial (200 kPa, 25 °C) a água é líquido comprimido, mas como a temperatura é bem abaixo da de ebulição, a gente aproxima o volume específico por
– Logo, o volume do lado cheio é
– Como o outro lado tem o mesmo volume, o volume total é
Passo 3
Depois que a água ocupa todo o volume e a gente deixa retornar aos 25 °C, temos massa constante e volume fixo. O volume específico final é
Passo 4
A 25 °C a água em equilíbrio sob pressão de saturação forma mistura líquido-vapor. Da tabela de saturação a 25 °C:
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Logo a qualidadeé
Passo 5
Em mistura saturada a 25 °C a pressão é a pressão de saturação correspondente:
Resposta
A pressão final no reservatório é aproximadamente