O vapor de água inicialmente a
e
(1) está contido em um conjunto pistão-cilindro. A água é resfriada em volume constante até atingir a temperatura de
Líq. Saturado em (3)
(2). A água é então condensada isotermicamente em líquido saturado (3). Para a água como sistema, avalie:
A energia interna 2 e
.
,
(2). A água é então condensada isotermicamente em líquido saturado (3). Para a água como sistema, avalie:
A energia interna 2 e
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você tem um problema de termodinâmica envolvendo vapor de água num pistão-cilindro. O objetivo é encontrar as energias internas nos estados 2 e 3 do processo. Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos como propriedades termodinâmicas da água, processos de resfriamento a volume constante e condensação isotérmica. Vamos usar tabelas de vapor d’água para encontrar os valores necessários.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o estado inicial, que é o estado 1. Temos água vapor a uma pressão de $ p_1 = 3,0 , MPa $ e temperatura de $ T_1 = 300^{\circ} C $. Queremos encontrar a energia interna nesse estado, mas como precisamos das energias em 2 e 3, vamos focar nos próximos passos.
Passo 3
O processo segue resfriando a água a volume constante até atingir $ T_2 = 200^{\circ} C
u_2 $), precisamos saber se o estado 2 está na região de vapor superaquecido, líquido, ou mistura de ambas.
Passo 4
Vamos usar as tabelas de vapor d’água para $ T_2 = 200^{\circ} C $. Primeiro, encontramos o volume específico no estado 1 e assumindo que o volume é constante, o volume específico no estado 2 será o mesmo. Com isso, usando as tabelas, determinamos se o estado 2 está como vapor superaquecido ou como mistura de fases.
Passo 5
Supondo que no estado 2 a água ainda está na fase de vapor superaquecido, buscamos na tabela a energia interna correspondente a $ T_2 = 200^{\circ} C $ e ao volume específico constante que mantemos do estado 1.
Passo 6
Após atingir $ T_2 = 200^{\circ} C $, a água é condensada isotermicamente até o estado 3, que é líquido saturado. Condensação isotérmica significa que a temperatura permanece constante durante o processo. Para encontrar $ u_3 $, usamos a tabela de água saturada líquida a $ T = 200^{\circ} C $.
Passo 7
Resumindo, utilizamos as tabelas de vapor d’água para encontrar:
- $ u_2 $ no estado 2, com $ T = 200^{\circ} C $ e volume constante a partir do estado 1.
- $ u_3 $ no estado 3, que é água líquida saturada a $ T = 200^{\circ} C $.
Resposta
Após consultar as tabelas de vapor d’água:
- A energia interna no estado 2 é $ u_{2} = $ [valor obtido da tabela] kJ/kg.
- A energia interna no estado 3 é $ u_{3} = $ [valor obtido da tabela] kJ/kg.
Nota: Para obter os valores numéricos exatos de $ u_{2} $ e $ u_{3} $, é necessário consultar as tabelas de vapor d’água correspondentes às condições dadas.