Um tanque de
contém vapor de água a
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);
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.
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.
– 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
Em geral escrevemos
onde
• = variação da energia total do sistema (interna + cinética + potencial)
• = calor trocado com o ambiente
• = trabalho realizado pelo sistema
Aqui:
•
•
•
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 a massa total de vapor/água dentro do tanque, e
,
as energias internas específicas inicial e final. Então:
Seja
Isso já é o balanço de energia completo para esse processo.