Usando apenas a tabela de vapor, calcule Q, W, De e De para o seguinte processo: Água inicialmente a 100^circ C e 101,325 kpa, com título de 0,3 passa para um estado final a 650^circ C e 101,325 kpa.

Passo 1

Beleza, temos um exercício de termodinâmica (mais especificamente 1ª lei para sistema fechado) onde a gente vai usar tabela de vapor para calcular calor (Q), trabalho (W), variação de energia interna (ΔU) e variação de entalpia (ΔH). O processo é o seguinte: água inicialmente a 100 °C e 101,325 kPa, numa mistura saturada com título x=0,3, é aquecida até 650 °C mantendo 101,325 kPa. Para resolver precisamos:
  1. Identificar propriedades (u, h, v) no estado inicial (mistura saturada) e final (vapor superaquecido) usando a tabela de vapor.
  2. Aplicar as fórmulas:
    • ΔU = u₂ – u₁
    • ΔH = h₂ – h₁
    • W = P·(v₂ – v₁)
    • Q = ΔU + W

Passo 2

Estado inicial (T₁=100 °C, P=101,325 kPa, x=0,3):
Da tabela de vapor saturado a 100 °C:
u_f = 417,46 kJ/kg, u_fg = 2257,6 kJ/kg
h_f = 419,00 kJ/kg, h_fg = 2258,6 kJ/kg
v_f = 0,001043 m³/kg, v_fg = 1,6720 m³/kg
Então:
u₁ = u_f + x·u_fg = 417,46 + 0,3·2257,6 = 1094,74 kJ/kg
h₁ = h_f + x·h_fg = 419,00 + 0,3·2258,6 = 1096,58 kJ/kg
v₁ = v_f + x·v_fg = 0,001043 + 0,3·1,6720 = 0,5026 m³/kg

Passo 3

Estado final (T₂=650 °C, P=101,325 kPa):
Da tabela de vapor superaquecido a 0,101325 MPa e 650 °C (interpolado):
u₂ ≈ 3602 kJ/kg
h₂ ≈ 3814,5 kJ/kg
v₂ ≈ 6,68 m³/kg

Passo 4

Calcular ΔU e ΔH:
ΔU = u₂ – u₁ = 3602 – 1094,74 = 2507,26 kJ/kg
ΔH = h₂ – h₁ = 3814,5 – 1096,58 = 2717,92 kJ/kg

Passo 5

Trabalho de pressão constante:
W = P·(v₂ – v₁)
= (101,325 kPa)·(6,68 – 0,5026 m³/kg)
= 101,325·6,1774 kJ/kg (1 kPa·m³ = 1 kJ)
= 626,37 kJ/kg
Calor pelo balanço de energia:
Q = ΔU + W = 2507,26 + 626,37 = 3133,63 kJ/kg

Resposta

Q = 3133,6 kJ/kg
W = 626,4 kJ/kg
ΔU = 2507,3 kJ/kg
ΔH = 2717,9 kJ/kg

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