Um tanque rígido de
contém inicialmente uma mistura bifásica líquido vapor de
a 15 bars de pressão e título de
. O conteúdo do tanque é aquecido e, durante este processo, uma válvula reguladora de pressão colocada na parte superior do tanque, deixa escapar vapor saturado, mantendo a pressão constante (15 bars). O processo continua até que não haja mais líquido no tanque. Desprezando os efeitos de energia cinética e energia potencial gravitacional, determine:
(a) A quantidade de calor transferido, em kJ;
(b) A massa de vapor que escapa.
(a) A quantidade de calor transferido, em kJ;
(b) A massa de vapor que escapa.
Passo 1
O problema trata de um tanque rígido de volume constante
que contém inicialmente uma mistura bifásica de água à pressão de
e título
. Durante o aquecimento, uma válvula na parte superior libera vapor saturado, mantendo a pressão constante em
, até que todo o líquido evapore. Queremos determinar a quantidade de calor transferido
e a massa de vapor que escapa
. Para isso vamos usar:
- Propriedades de água saturada a
(tabela de vapor). - Balanço de massa para achar as massas inicial e final no tanque.
- Balanço de energia, desprezando energia cinética e potencial.
Passo 2
Do diagrama de saturação a
extraímos (valores em
e
):
Passo 3
Calculamos o volume específico inicial da mistura
Daí a massa inicial no tanque é
Passo 4
No final restará somente vapor saturado a
, cujo volume específico é
. Logo a massa final é
A massa de vapor que escapou é
Passo 5
Calculamos a energia interna inicial e final no tanque:
Passo 6
Aplicamos o balanço de energia para o sistema (tanque) com saída de massa, desprezando trabalho de borda (
) e variação de
e
:
Substituindo: