Um tanque com
contendo vapor a
e 200 kPa é conectado por uma válvula a uma tubulação de vapor a 2 Mpa e
. A válvula é aberta e o vapor entra no tanque até que a pressão no tanque seja igual a 1800 kPa e nesse instante a válvula é fechada. O tanque então perde calor para o ambiente até que o vapor esteja na condição de vapor saturado no interior do tanque. Determine:
c) qual a quantidade de calor é perdida para o meio ao final do último processo?
c) qual a quantidade de calor é perdida para o meio ao final do último processo?
Passo 1
Então, olha só o que o exercício pede nesta parte ©:
Temos um tanque rígido (volume fixo de 2 m³) que, depois de você encher com vapor até 1 800 kPa (estado 2), é deixado esfriar sem trocar massa com o exterior até que o vapor chegue exatamente à condição de vapor saturado (x=1) à mesma pressão de 1 800 kPa (estado 3).
Conteúdo: calor e primeira lei para sistema fechado. Como o volume é fixo, não há trabalho de expansão, então toda a variação de energia interna vira calor trocado.
O que vamos precisar:
– massa do vapor no tanque (já calculada na parte (b), chamaremos de m₂),
– energia interna por massa no estado 2, u₂ (também obtida na parte (b)),
– energia interna do vapor saturado a 1 800 kPa, u₃ (tabela de vapor).
Temos um tanque rígido (volume fixo de 2 m³) que, depois de você encher com vapor até 1 800 kPa (estado 2), é deixado esfriar sem trocar massa com o exterior até que o vapor chegue exatamente à condição de vapor saturado (x=1) à mesma pressão de 1 800 kPa (estado 3).
Conteúdo: calor e primeira lei para sistema fechado. Como o volume é fixo, não há trabalho de expansão, então toda a variação de energia interna vira calor trocado.
O que vamos precisar:
– massa do vapor no tanque (já calculada na parte (b), chamaremos de m₂),
– energia interna por massa no estado 2, u₂ (também obtida na parte (b)),
– energia interna do vapor saturado a 1 800 kPa, u₃ (tabela de vapor).
Passo 2
Identificar o processo 2→3:
– Tanque com volume constante (V=2 m³), sem troca de massa (m₂ fixo).
– Esfriamento até vapor saturado a 1 800 kPa.
1ª Lei (sistema fechado, sem trabalho de fluxo pois é volume fixo, sem energia cinética ou potencial):
– Tanque com volume constante (V=2 m³), sem troca de massa (m₂ fixo).
– Esfriamento até vapor saturado a 1 800 kPa.
1ª Lei (sistema fechado, sem trabalho de fluxo pois é volume fixo, sem energia cinética ou potencial):
Passo 3
Recuperar os dados da parte (b):
Supondo que você já tenha encontrado lá:
– m₂ = 3,91 kg
– u₂ = 2 908 kJ/kg (energia interna no estado 2, superaquecido a 1 800 kPa)
Agora, tabela de vapor saturado a 1 800 kPa:
– T_sat ≃ 212,4 °C
– u₃ = u_g@1 800 kPa ≃ 2 793,5 kJ/kg
Supondo que você já tenha encontrado lá:
– m₂ = 3,91 kg
– u₂ = 2 908 kJ/kg (energia interna no estado 2, superaquecido a 1 800 kPa)
Agora, tabela de vapor saturado a 1 800 kPa:
– T_sat ≃ 212,4 °C
– u₃ = u_g@1 800 kPa ≃ 2 793,5 kJ/kg
Passo 4
Calcular o calor trocado:
Substituindo:
Resposta
O calor perdido pelo tanque no resfriamento até vapor saturado é de aproximadamente
(o sinal negativo indica calor saindo do sistema).