Enunciado

Um arranjo pistão-cilindro contém 1,2 kg de vapor d'água saturado a 200 °C. Calor é então transferido para o vapor, e este se expande de forma reversível e isotérmica até uma pressão final de 800 kPa. Determine o calor transferido e o trabalho realizado durante esse processo.

Passo 1

Entendo o problema:

O cilindro é inicialmente preenchido com vapor de água superaquecido a 200 ℃ . A massa de água é de 1,2 Kg. O sistema então passa por uma expansão isotérmica, ou seja, a temperatura do estado final é a mesma de 200℃. A pressão final é 800 KPa. O sistema pede o calor transferido e o trabalho realizado.

Condições do problema:

  • Expansão é isotérmica
  • As trocas por energia potencial e cinética são desprezíveis

Passo 2

Coletando dados:

Estado inicial:

  • T 1 = 200 ℃
  • Consultando as tabelas A-4 até A-6, todos os valores de energia interna e entropia:

  • m 1 = 2594,2   k J / K g
  • S 1 = 6,4302   k J / K g . K

Estado final:

  • P 2 = 800   K P a
  • T 2 = T 1 (o processo é isotérmico)

Consultando as tabelas A-4 até A-6, todos os valores de energia interna e entropia:

  • m 2 = 2631,1   k J / K g
  • S 2 = 6,8177   k J / K g . K

Passo 3

Calculando o que foi pedido:

Como o processo é isotérmico, o calor transferido pode ser determinado como:

Q = T   .   ∆ S (1)

e a variação de entropia é dada por

∆ S = m ( S 2   .   S 1 ) (2)

logo:

Q = T m ( S 2 - S 1 ) (3)

calculando o calor transferido:

Q= 473 K . 1,2 Kg . (6,8177 – 6,4302) kJ/Kg

Q = 219,9 kJ

A primeira lei da termodinâmica indica que:

Q - W =   ∆ U (4)

Com:

∆ U = m h 2 - h 1 = 1,2   K g   .   2631,1 - 2594,2 k J /   K g = 44,28   k J

Assim:

W = Q -   ∆ U = 219,9 - 44,28 = 175,6   k J

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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