Enunciado

Uma cafeteira ferve água à pressão de 1 atm. A cafeteira tem um elemento de aquecimento elétrico de tipo imersão. Inicialmente a cafeteira contém 1 kg de água. Após o início da ebulição, observa-se que metade da água da cafeteira evaporou em 10 minutos. Se a perda de calor da cafeteira for desprezível, a potência nominal do elemento de aquecimento é

(a) 3,8 kW (b) 2,2 kW (c) 1,9 kW (d) 1,6 kW (e) 0,8 kW

Passo 1

O enunciado do problema pede para encontrarmos a potência nominal de uma cafeteira que evapora 0,5 kg de água em 10 minutos.

Para resolver esse problema, devemos fazer um balanço de energia, considerando que o calor transferido pela cafeteira vai ser igual à diferença das entalpias de líquido saturado e de vapor saturado. Multiplicando pela massa de água evaporada, teremos o calor necessário para evaporar 0,5 kg de água a 1 atm.

Assim:

Q t r a n s f e r i d o =   m e v a p o r a d a ( h v a p o r   s a t u r a d o - h l í q u i d o   s a t u r a d o )

Organizando os dados para esse problema, temos:

m e v a p o r a d a   = 0,5   k g P = 1   a t m =   101,325   k P a

Passo 2

Consultando a Tabela A-5 (página 916) de líquido-vapor saturados, vemos que para uma pressão de 101,325 kPa, temos as seguintes entalpias específicas para líquido e vapor saturados:

h l í q u i d o   s a t u r a d o = 419,06   k J / k g h v a p o r   s a t u r a d o = 2675,6   k J / k g

Logo, substituindo no balanço do calor transferido:

Q t r a n s f e r i d o = ( 0,5   k g ) ( 2675,6   k J / k g - 419,06   k J / k g )   =   1128,27   k J

Passo 3

Para calcular a potência da cafeteira, basta dividir o valor do calor transferido pelo tempo do processo, ou seja, 10 min:

P c a f e t e i r a =   Q t r a n s f e r i d o t   =   1128,27   k J 10   m i n =   112 , 8 27   k J / m i n

Mas, para converter em kW, que equivalem a kJ/s, devemos dividir por 60 para converter os minutos em segundos:

P c a f e t e i r a = 1,88   k W

Resposta

Arredondando para o valor inteiro mais próximo, a resposta é 1,9 kW, letra (c).

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