Vapor saturado
de
a 2 MPa em um conjunto pistão/cilindro é aquecido a pressão constante até
. Calcule o calor transferido por unidade de massa. (R: 44,47
)
Passo 1
Beleza, então o enunciado diz que a gente tem CO₂ como vapor saturado (X=1) a 2 MPa dentro de um pistão/cilindro e aquece isso à pressão constante até a temperatura de 20 °C. O que cai aqui é termodinâmica de substância pura: a gente vai usar tabelas de propriedades (saturação e vapor superaquecido) e a Primeira Lei pro sistema fechado com fronteira móvel. No fim, veremos que o calor por unidade de massa é a variação de entalpia:
Passo 2
Primeiro achamos a entalpia inicial
. Como o CO₂ está em vapor saturado a 2 MPa, vamos na tabela de saturação de CO₂ e lemos o valor de
(entalpia do vapor) nessa pressão. Supondo a tabela padrão, dá:
Aqui a teoria é simples: vapor saturado tem fração de qualidade X=1, então usamos direto
.
Passo 3
Agora achamos a entalpia final
. A pressão segue em 2 MPa, mas a temperatura subiu pra 20 °C, ficando o vapor superaquecer. Aí usamos a tabela de vapor superaquecido de CO₂ em P=2 MPa e T=20 °C, e lemos:
Passo 4
Com os dois valores de entalpia na mão, aplicamos o lance de calor a pressão constante num pistão/cilindro:
Substituindo:
Resposta
O calor transferido por unidade de massa é