Um sistema pistão-cilindro à pressão constante contém 0,5 kg de água líquida saturada a 60^circ C. O calor é adicionado à água até que se torne vapor saturado. Qual o volume inicial da água? Qual o trabalho realizado durante o processo? (2 ptos)

Passo 1

Beleza, aqui o lance é um pistão‐cilindro mantido à pressão constante. A gente tem 0,5 kg de água líquida saturada a 60 °C e vai esquentar até virar todo vapor saturado. Então precisamos:
  • Conteúdo: termodinâmica de processo isobárico e trabalho de expansão.
  • O que usar: tabelas de vapor d’água para achar o volume específico do líquido ( vf) e do vapor ( vg) a 60 °C e a pressão de saturação correspondente. Depois, calculamos volume inicial e trabalho W = P,(V2 - V1).

Passo 2

Primeiro achamos o volume inicial V1. A partir da tabela de vapor saturado a 60 °C:
vf = 0,00102;m^3/kg
Então
V1 = m,vf = 0,5;kgtimes 0,00102;m^3/kg = 0,00051;m^3

Passo 3

Agora o volume final V2 quando vira vapor saturado. Pela tabela a 60 °C:
vg = 3,099;m^3/kg
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V2 = m,vg = 0,5;kgtimes 3,099;m^3/kg = 1,5495;m^3

Passo 4

Precisamos da pressão de saturação a 60 °C (para o trabalho):
Psatapprox 19,95;kPa = 19,950;Pa

Passo 5

Trabalho em processo isobárico é
W = P,(V2 - V1)
Substituindo:
W = 19,950;Pa;l(1,5495 - 0,00051r);m^3
W approx 19,950 times 1,5490 = 30,890;Japprox 30,9;kJ

Resposta

Volume inicial V1 = 5,1times10^-4;m^3; trabalho realizado W approx 30,9;kJ.

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