Enunciado

Um dispositivo cilindro-pistão com 2   k g de água a 1000   k P a e 250 ° C , é resfriado com uma carga constante sobre o pistão. O processo isobárico termina no instante em que a água atinge o estado de líquido saturado. Determine o trabalho, a transferência e esboce o processo em diagramas P-v e T-s.

Passo 1

Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!

A substância é a água, com isso, pelos dados informados no enunciado

m = 2   k g

p 1 = p 2 = 1000   k P a

T 1 = 523,15   K

O processo é isobárico, então, primeiro vamos configurar duas equações principais necessárias para resolver este problema. Para calcular a transferência de calor necessária, usaremos a equação de energia para nossa massa de controle:

Q 2 = m u 2 - u 1 + W 2   ( 1 )

Para calcular o trabalho isobárico, usaremos esta equação

W 2 = ∫ 1 2 p   d V = p m v 2 - v 1   ( 2 )

Primeiro vamos obter algumas propriedades da água das tabelas. Da Tabela B.1.3 correspondente a T 1 e p 1 , obteremos o volume específico do estado 1 e a energia interna:

u 1 = 2709,91 k J k g

v 1 = 0,23268 m 3 k g

A seguir iremos para a Tabela B.1.1 e obteremos a energia interna do vapor saturado correspondente a T1​ para verificar se nossa energia interna é maior que isso.

u g = 1522 k J k g

Nós podemos ver que

u 1 = 2709,91 > u g = 1522  

O que significa que nossa substância está atualmente na região superaquecida.

Passo 2

No estado 2 nossa substância é líquida saturada como diz no texto do problema. Da Tabela B.1.3 correspondente a p 2 vamos obter o volume específico do estado 2 e a energia interna:

u 2 = 761,67 k J k g

v 2 = 0,001127 m 3 k g

Calculando o trabalho isobárico reversível usando a equação (2):

W 2 = 2 ∙ 1000 0,001127 - 0,23268 = - 463,11   k J

Calculando a transferência de calor usando a equação (1)

Q 2 = 2 ∙ 761,67 - 2709,91 - 463,11

Com isso, nós temos que

Q 2 = - 4359,6   k J

Resposta

W 2 = - 463,11   k J

Q 2 = - 4359,6   k J

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