Um tanque rígido e estanque com volume de 50 L contém água a
e título de
. O tanque é então resfriado até
. Calcular o calor transferido durante o processo.
Passo 1
O enunciado fornece um tanque rígido e estanque com volume total
. O fluido é água a
com título (qualidade)
. O tanque é resfriado até
.
Pergunta: calcular o calor transferido durante o processo.
Informações relevantes dadas: ,
,
,
. O tanque é rígido e estanque (volume constante, massa constante, trabalho de fronteira
).
Pergunta: calcular o calor transferido
Informações relevantes dadas:
Passo 2
Estratégia e conceitos fundamentais (sem calcular ainda):
- Em um sistema fechado e rígido sem variação de energia cinética/ potencial, a primeira lei reduz-se a
. Aqui e como só há variação de energia interna, , onde é a massa total e a energia interna específica. Vou explicar cada termo. - Para mistura saturada (líquido+vapor) usamos a qualidade
e as propriedades saturadas (líquido saturado e vapor saturado) retiradas das tabelas de vapor: e . - Como o volume total do tanque é fixo, a massa será
, onde é o volume específico da mistura no estado inicial. Esse é encontrado com e os valores e na temperatura de . Depois, com e as propriedades saturadas em obtém-se a qualidade final e as energias internas específicas e . - Observação: todas as propriedades saturadas (
) serão tomadas das tabelas de vapor para e .
Passo 3
Pegar as propriedades saturadas (valores retirados das tabelas de vapor saturado):
Para (valores da tabela):
Para
Para
(valores da tabela):
(Nota: esses números são os valores típicos das tabelas de vapor saturado; em prova use a tabela fornecida.)
Passo 4
Calcular o volume específico inicial
da mistura em
usando
:
Substituindo:
Passo 5
Calcular a massa total
usando
com
:
Passo 6
Determinar a qualidade final
em
sabendo que o volume específico não muda (
). Usamos
Substituindo
:
Portanto,
(ou
de vapor na mistura final) — faz sentido físico: ao resfriar muito, a maior parte condensou.
Passo 7
Calcular as energias internas específicas iniciais e finais usando a fórmula de mistura
.
Energia interna específica inicial
em
:
Energia interna específica final
em
:
Passo 8
Calcular o calor trocado
com
(lembre:
).
O sinal negativo indica que houve retirada de calor do sistema (o tanque cedeu calor ao ambiente).