Um tanque rígido é dividido em duas partes iguais por uma partição. Uma parte do tanque contém 5 kg de água a 5 MPa e
, enquanto a outra parte está evacuada. Supondo que a água troque calor com a vizinhança até que a temperatura do tanque retorne ao valor inicial. Determine:
Transferência de calor ocorrida no processo
Transferência de calor ocorrida no processo
Passo 1
Tranquilo, vamos lá.
Enunciado resumido: num tanque rígido (volume fixo) dividido ao meio, de um lado tem 5 kg de água a 5 MPa e 25 °C e do outro está todo evacuado. A gente remove a partição, a água se expande livremente, depois resfria (trocando calor) até voltar a 25 °C. Queremos achar o calor trocado.
Conteúdo: 1ª lei da Termodinâmica (ΔU = Q – W), processo rígido (W = 0), propriedades da água (tabela de líquido saturado/comprimido).
Enunciado resumido: num tanque rígido (volume fixo) dividido ao meio, de um lado tem 5 kg de água a 5 MPa e 25 °C e do outro está todo evacuado. A gente remove a partição, a água se expande livremente, depois resfria (trocando calor) até voltar a 25 °C. Queremos achar o calor trocado.
Conteúdo: 1ª lei da Termodinâmica (ΔU = Q – W), processo rígido (W = 0), propriedades da água (tabela de líquido saturado/comprimido).
Passo 2
Como o tanque é rígido, não há trabalho de fronteira (W = 0), então ΔU = Q.
- Calcular o volume inicial e final:
- Cada metade tem volume
, com a volumetria específica da água comprimida a 5 MPa e 25 °C. Para líquidos comprimidos a baixa temperatura a gente aproxima . - Logo
. - Depois de remover a partição o volume total é
, então o volume específico final é
Passo 3
- Estado final:
e → mistura líquido‐vapor. Da tabela a 25 °C:
A qualidade
vem de
O interno específico final é
O interno inicial
(líquido comprimido a mesma
) ≈
.
Passo 4
- Calcular ΔU e daí Q:
Como
,
(o sinal “+” diz que entraram 277,5 J de calor).
Resposta
O processo trocou
de calor com a vizinhança.