O volume interno de uma panela de pressão é de 2 litros. A panela opera a uma pressão absoluta de 3 bar. Assumindo que nenhum vapor escapa da panela, pergunta-se:
Qual é a quantidade mínima de água que deve ser utilizada na panela para garantir que toda a água não vaporize durante operação?

Passo 1

Então, o que o exercício está dizendo? A gente tem uma panela de pressão com volume interno de 2 L (litros) e ela vai operar a 3 bar de pressão absoluta. Queremos saber qual a quantidade mínima de água que eu devo colocar na panela para que, ao atingir 3 bar, ainda tenha um pouquinho de líquido — ou seja, para que não vire tudo vapor.
Conteúdo: termodinâmica de vapor saturado.
O que precisamos:
  1. Converter 2 L em m³;
  2. Saber, na tabela de vapor saturado, qual é o volume específico do vapor seco ( ) a 3 bar;
  3. Calcular a massa de vapor que ocupa toda a panela; essa será a massa mínima de água que, se for menor, evaporaria tudo.

Passo 2

Antes de colocar na panela, a água está toda líquida. Quando a pressão sobe e chega a 3 bar, o sistema chega na condição de vapor saturado a 3 bar.
Numa mistura líquido-vapor em equilíbrio de saturação, enquanto sobra líquido, a pressão se mantém constante (é a pressão de saturação).
Para garantir que sobre líquido, a massa total de água mv ;=;Vpanelavg,, deve ser maior do que a massa que viraria todo vapor e ocuparia 100% do volume.
Essa massa de vapor é
onde
é o volume interno (em m³),
é o volume específico do vapor saturado a 3 bar (em m³/kg).

Passo 3

  1. Converter 2 L em m³:
2,L = 2times10^-3,m^3 = 0,002,m^3
  1. Olhando na tabela de vapor saturado a 3 bar (0,3 MPa), temos aproximadamente
vg = 0,6058;m^3/kg
  1. Calcula a massa de vapor que ocuparia todo volume:
mv = 0,0020,6058 approx 0,00330;kg = 3,30;g

Passo 4

Isso quer dizer que, se você colocar só 3,30 g de água, ao atingir 3 bar tudo vira vapor e não sobra líquido. Para garantir que sobre um restinho, você precisa de pelo menos essa massa de vapor. Qualquer quantidade de água menor que isso evapora completamente.

Resposta

A massa mínima de água é
boxedmmin approx 3,30;g (ou 0,00330;kg)

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