Um tanque de 10 m^3 contém vapor de água a 275^circ C e 15,0 bar. O tanque e seu conteúdo são resfriados até a pressão cair a 1,2 bar. Parte do vapor condensa durante o processo.
Represente as equações de balanço de energia, faça as considerações necessárias (especifique sistema nesse processo e diga se é aberto ou fechado - justifique);

Passo 1

Beleza, vamos recapitular o que o enunciado pede.
Temos um tanque rígido de 10 m³ cheio de vapor de água a 275 °C e 15 bar. A gente esfria até a pressão chegar em 1,2 bar e parte do vapor condensa. O conteúdo não sai do tanque.
Conteúdo: Termodinâmica – Primeira Lei (balanço de energia) em sistemas fechados.
O que precisamos: identificar o sistema, definir se é aberto ou fechado, escolher a forma certa da equação da 1ª Lei, desprezar energia cinética e potencial se for o caso e montar a equação em LaTeX.

Passo 2

Definindo o sistema:
– Sistema: o vapor + o tanque (volume fixo de 10 m³).
– Tipo: fechado, porque não há troca de massa com o exterior (o vapor pode condensar, mas não sai do tanque).
Por ser um tanque rígido, não acontece trabalho de fronteira (trabalho de expansão/compressão), pois o volume não muda.

Passo 3

Aplicando a Primeira Lei da Termodinâmica para sistemas fechados:
Em geral escrevemos
De
onde
De = variação da energia total do sistema (interna + cinética + potencial)
= calor trocado com o ambiente
= trabalho realizado pelo sistema
Aqui:
  • Desprezamos energia cinética e potencial ( , só interna).
  • Trabalho de fronteira (volume constante).
    Logo:

Passo 4

Expressando em função de massa e energia interna específica:
Seja m,(u2 - u1) ;=; Q a massa total de vapor/água dentro do tanque, e , as energias internas específicas inicial e final. Então:
Isso já é o balanço de energia completo para esse processo.

Resposta

boxed &Sistema: fechado (tanque rígido, sem troca de massa) &Deí

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