Um tanque rígido e isolado de
inicialmente contém vapor d’água saturado a 1 MPa e está conectado por meio de uma válvula a uma linha que transporta vapor a
. A válvula é então aberta e vapor escoa lentamente para o tanque até que a pressão se eleve a 2 MPa . Nesse instante a temperatura no tanque é medida em
. Determine a massa do vapor que entrou e a pressão do vapor na linha de alimentação.
Passo 1
O enunciado dá um tanque rígido e adiabático de volume
contendo vapor d’água saturado a
. Em seguida, abre-se uma válvula que o liga a uma linha de vapor a
. O escoamento continua lentamente até que, no tanque, a pressão alcance
e a temperatura seja
. Queremos achar (1) a massa de vapor que entrou no tanque e (2) a pressão do vapor na linha de alimentação. O método envolve:
– usar tabelas de vapor para obter massas específicas e energias internas e entalpias;
– aplicar a primeira lei da termodinâmica a um volume rígido adiabático com entrada de massa.
– usar tabelas de vapor para obter massas específicas e energias internas e entalpias;
– aplicar a primeira lei da termodinâmica a um volume rígido adiabático com entrada de massa.
Passo 2
Estado inicial no tanque (subscrito “1”):
Pressão , vapor saturado
.
Da tabela de vapor saturado a :
Pressão
Da tabela de vapor saturado a
Como o volume do tanque é
, a massa inicial é
e a energia interna inicial
Passo 3
Estado final no tanque (subscrito “2”):
Pressão , temperatura
, vapor superaquecido.
Da tabela de vapor superaquecido a e
:
Pressão
Da tabela de vapor superaquecido a
Se
é a massa que entrou, a massa final vale
e a energia interna final é
Passo 4
Condição na linha de alimentação: o fluxo cessa quando as pressões se igualam, logo
Na linha o vapor está a
e
. Da tabela de vapor superaquecido a essas condições:
Passo 5
Balanço de energia para o sistema adiabático rígido com entrada de massa (sem trabalho de eixos):
Substituindo
Resposta
A massa de vapor que entrou é aproximadamente
e a pressão na linha de alimentação é
.