Um tanque de
contém vapor saturado a
. Cinquenta litros de água líquida a
são adicionados ao tanque.
a) Determine a temperatura final e as frações mássicas e volumétricas de líquido e vapor no tanque.
b) Quanto calor deve ser adicionado para manter apenas vapor no tanque, sem líquido?
a) Determine a temperatura final e as frações mássicas e volumétricas de líquido e vapor no tanque.
b) Quanto calor deve ser adicionado para manter apenas vapor no tanque, sem líquido?
Passo 1
O enunciado descreve um tanque rígido de volume
contendo vapor saturado a
. Em seguida adiciona-se
L de água líquida a
sem troca de calor com o meio (adiabático). Na parte (a) devemos determinar a temperatura de equilíbrio e as frações mássicas e volumétricas de líquido e vapor. Na parte (b), mantendo o volume constante, queremos a quantidade de calor necessária para que todo o fluido fique vapor saturado (sem líquido). Resolveremos pelos balanços de massa, energia e volume, usando tabelas de vapor saturado.
Passo 2
Calcular massa e energia inicial do vapor saturado a
. Da tabela de vapor saturado:
Logo a massa do vapor é
e sua energia interna
Passo 3
Calcular massa e energia da água adicionada a
. Da tabela:
Como o volume de líquido é
, a massa e energia são
Passo 4
Após mistura adiabática em volume fixo, a massa total e a energia total são
O volume específico médio é
e a energia interna específica
Passo 5
No equilíbrio bifásico saturado, valem
onde
é a qualidade. Fazendo iterações com a tabela de vapor, encontra-se
Passo 6
Da qualidade
e massa total
vem
Os volumes parcéis são
As frações volumétricas são
Passo 7
Para eliminar o líquido mantendo o volume
, precisamos aquecer até a condição de vapor saturado seco, onde
A energia interna específica final é
, logo
O calor necessário é
Resposta
Parte (a)
Temperatura final .
Massa de vapor , de líquido
.
Frações mássicas (vapor),
(líquido).
Frações volumétricas ,
.
Temperatura final
Massa de vapor
Frações mássicas
Frações volumétricas
Parte (b)
Calor necessário .
Calor necessário