Um tanque rígido contém 2 kg de água a 150°C e 3000 kPa. Determine a pressão da água no estado final.

Passo 1

Beleza, vamos recapitular o que o exercício tá pedindo.
“Um tanque rígido contém 2 kg de água a 150 °C e 3000 kPa. Determine a pressão da água no estado final.”
Conteúdo: Termodinâmica de fluidos puros (água), propriedades em estado comprimido e saturado, e processo em volume constante (tanque rígido).
O que vamos precisar:
  • Calcular o volume específico inicial (v₁ = V/m).
  • Entender que, num tanque rígido sem deformar, o volume total V não muda.
  • Ver que, ao resfriar/cooled até ficar na linha de saturação, o estado final é mistura saturada (ou líquido saturado).
  • Usar tabelas de água saturada para achar pressão de saturação em função do volume específico constante.

Passo 2

Primeiro, encontro o volume específico inicial v₁:
Como o tanque é rígido, o volume total V = constante = v₁·m.
Para água comprimida a 150 °C e 3000 kPa, o valor de v está quase igual ao de líquido saturado a 150 °C (na prática a tabela de comprimido costuma usar v ≃ v_f).
Consulta na tabela de água saturada:
v_f(150 °C) = 0,001091 m³/kg
Então
V = m·v₁ = 2 kg · 0,001091 m³/kg = 0,002182 m³

Passo 3

Quando a gente resfria (ou aquece) mantendo volume constante, a água vai se mover na curva de fase “rigid tank line” até chegar a uma mistura saturada (ou líquida saturada).
No estado final na saturação, vale:
v = V/m = 0,002182 m³ / 2 kg = 0,001091 m³/kg

Passo 4

Agora identificamos qual temperatura de saturação dá esse v:
Procurando na tabela de água saturada, vemos que
v_f(150 °C) = 0,001091 m³/kg exatamente.
Ou seja, o estado final coincide com líquido saturado a 150 °C (x = 0).

Passo 5

Se é saturado a 150 °C, a pressão de saturação correspondente é:
p_sat(150 °C) = 476,17 kPa

Resposta

A pressão da água no estado final é 476,17 kPa.

Exercícios relacionados