Um tanque rígido contém 5 kg de água líquida em equilíbrio com 0.5 kg de vapor a 10 kPa . Calcule a quantidade de calor que deve ser transferida ao sistema para evaporar todo o líquido e a temperatura final do mesmo.
Passo 1
O enunciado descreve um tanque rígido (volume constante) contendo inicialmente
de água saturada líquida e
de vapor, ambos à pressão
. Queremos adicionar calor até que todo o líquido evapore, isto é, até que a massa total
esteja em fase vapor. Como o volume é constante, a variação de energia interna
do sistema é igual ao calor transferido
.
Conteúdo: equilíbrio de fases na curva de saturação, tabela de vapor d’água, processo a volume constante ( ).
Conteúdo: equilíbrio de fases na curva de saturação, tabela de vapor d’água, processo a volume constante (
Passo 2
Calcular o volume total inicial do sistema usando as propriedades saturadas em
:
Logo o volume total é
Dessa forma a massa total é
e o volume específico constante vale
Passo 3
O processo de aquecimento a volume constante mantém
fixo. Quando todo o líquido terminar de evaporar, o estado final será vapor saturado à temperatura
tal que
Consultando a tabela de vapor saturado, encontramos por interpolação
Passo 4
Agora calculamos as energias internas. Em
(saturação a
) temos
Logo a energia interna inicial é
No estado final (vapor saturado a
) a energia interna do vapor saturado é
Assim
O calor transferido é
Substituindo os valores da tabela, obtém-se
Resposta
Quantidade de calor:
Temperatura final:
Temperatura final: