Questão: Uma amostra de 2 kg de água está contida em um conjunto cilindro-pistão sob pressão de 200 kPa . Inicialmente, a água está na condição de líquido saturado. A água é então aquecida a pressão constante até que
do volume esteja na fase de vapor. Determine o trabalho de fronteira realizado pela água.
a)
b)
c)
d)
e)
a)
b)
c)
d)
e)
Passo 1
O enunciado dá uma amostra de massa
,kg de água num cilindro-pistão à pressão constante de
,kPa. Inicialmente a água está como líquido saturado e, ao aquecer, chega-se a uma mistura tal que
do volume está na fase de vapor. Queremos o trabalho de fronteira, que a pressão constante realiza ao expandir o volume da água.
Passo 2
Em processo isotérmico ou não, mas aqui isotérmico em pressão constante, o trabalho de fronteira é
Para achar
e
precisamos dos volumes inicial e final da amostra.
Passo 3
Inicialmente a água é líquido saturado, então o volume específico é
àquela pressão. No final, temos mistura com fração de massa
de vapor e
de líquido, cujo volume específico é
Mas foi dado que
do volume total está em vapor, isto é,
Cancelando
e isolando
, vem
Passo 4
Consultando tabelas de vapor saturado a
,kPa, obtemos
Substituindo em
dá
Passo 5
Agora calculamos os volumes total inicial e final:
Passo 6
Finalmente o trabalho de fronteira é
ou seja, cerca de
,kJ.
Resposta
c)