Um tanque rígido de
contém inicialmente vapor de água saturado a
. Este tanque é conectado por uma válvula a uma linha de processo onde escoa vapor a 1 MPa e
. Agora a válvula é aberta e vapor entra no tanque. Ocorre transferência de calor entre o tanque e as vizinhanças, de tal modo que a temperatura no tanque permanece constante e igual a
, durante todo o tempo. A válvula é fechada quando se observa que metade do volume do tanque está ocupada por água líquida. Determine:
(a) a pressão final no tanque.
(a) a pressão final no tanque.
Passo 1
Vamos começar entendendo o que o exercício está pedindo. Temos um tanque rígido de
que inicialmente contém vapor de água saturado a
. Esse tanque está conectado a uma linha onde o vapor flui a
e
. Quando abrimos a válvula, vapor entra no tanque, e ocorre transferência de calor de forma que a temperatura no tanque permanece constante em
. A válvula é fechada quando metade do volume do tanque está ocupada por água líquida. Precisamos determinar a pressão final no tanque.
Para resolver este problema, vamos precisar dos conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados a processos de mistura de fases (vapor e líquido) e propriedades termodinâmicas da água. Vamos utilizar tabelas de vapor d’água para encontrar as propriedades necessárias.
Passo 2
Primeiro, vamos determinar as propriedades iniciais do vapor no tanque antes da abertura da válvula. Como o vapor está saturado a
, podemos consultar a tabela de vapor saturado para encontrar a pressão correspondente.
Consultando a tabela de vapor saturado à
, encontramos que a pressão de saturação (
) é aproximadamente
.
Passo 3
Sabemos que o tanque é rígido, ou seja, o volume não muda e permanece
. Quando a válvula é aberta, vapor a
e
entra no tanque. Entretanto, devido à troca de calor com as vizinhanças, a temperatura no tanque permanece constante em
.
Como a temperatura é constante e igual à temperatura de saturação, podemos afirmar que o vapor no tanque estará em condições de equilíbrio entre fase vapor e líquida.
Passo 4
Quando a válvula é fechada, metade do volume do tanque está ocupada por água líquida, ou seja,
está ocupado por líquido e
permanece como vapor.
Para encontrar a pressão final no tanque, precisamos considerar que ambos, o vapor e o líquido, estão em equilíbrio a
, o que significa que a pressão no tanque será a pressão de saturação correspondente a essa temperatura.
Passo 5
Como já determinamos anteriormente no Passo 2, a pressão de saturação a
é
. Portanto, essa será a pressão final no tanque após o processo.
Resposta
A pressão final no tanque é de
.