Um sistema fechado contendo 1 kg de água é submetido a um ciclo composto pelos seguintes processos:
Processo 1-2: Aquecimento a pressão constante de 10 bar, partindo do estado de vapor saturado.
Processo 2-3: Resfriamento à volume constante para
bar,
.
Processo 3-4: Compressão isotérmica com
.
Processo 4-1: Aquecimento a volume constante.
b) Qual o estado da água no ponto 3? Determine o calor removido no processo 2-3.
Processo 1-2: Aquecimento a pressão constante de 10 bar, partindo do estado de vapor saturado.
Processo 2-3: Resfriamento à volume constante para
Processo 3-4: Compressão isotérmica com
Processo 4-1: Aquecimento a volume constante.
b) Qual o estado da água no ponto 3? Determine o calor removido no processo 2-3.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos um problema de termodinâmica envolvendo um ciclo com água. A gente precisa descobrir dois bagulhos aqui: primeiro, qual é o estado da água no ponto 3, e segundo, determinar o calor que foi retirado no processo de 2 para 3. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos como estados termodinâmicos, propriedades da água (como pressão e temperatura) e as fórmulas do calor em processos a volume constante.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar o estado da água no ponto 3. Sabemos que no ponto 3 a pressão (
) é de 5 bar e a temperatura (
) é de
. Para entender o estado, precisamos comparar isso com as condições de saturação da água.
A tabela de propriedades da água nos diz que, a 5 bar, a temperatura de saturação (
) é aproximadamente
. Como a temperatura no ponto 3 é
, que é maior que a temperatura de saturação a 5 bar, isso significa que a água está em estado superaquecido no ponto 3. Ou seja, temos vapor superaquecido nesse estado.
Passo 3
Agora, vamos calcular o calor removido no processo de 2 para 3 (
). Nesse processo, a água está sendo resfriada à volume constante. Para processos a volume constante, a fórmula do calor é:
Onde:
-
é a capacidade térmica a volume constante. -
é a variação de temperatura.
Primeiro, precisamos encontrar a variação de temperatura. Sabemos que a temperatura inicial no ponto 2 é a temperatura de vapor saturado a 10 bar, que é aproximadamente
. No ponto 3, a temperatura é
. Então:
Agora, precisamos do valor de
. Para vapor de água,
a aproximadamente 5 bar e temperaturas envolvidas pode ser tomado de tabelas ou estimado. Vamos supor que
(esse valor pode variar dependendo das tabelas usadas).
Então:
Como temos 1 kg de água:
Resposta
No ponto 3, a água está em estado de vapor superaquecido com pressão de 5 bar e temperatura de
. O calor removido no processo de 2 para 3 é de
.