Enunciado

Um tanque rígido, bem isolado, contém 5 kg de uma mistura saturada de líquido e vapor de água a 150 kPa. Inicialmente, três quartos da massa estão na fase líquida. Um aquecedor a resistência elétrica é então colocado no tanque, ligado e mantido em funcionamento até que todo o líquido em seu interior evapore. Determine a variação da entropia do vapor de água durante esse processo.

Passo 1

O sistema em questão é constituído de água, inicialmente uma mistura líquido-vapor. O sistema é aquecido até que em seu estado final haja somente vapor saturado. Pede-se a variação da entropia na mudança de estado de mistura líquido-vapor para vapor saturado.

O problema possui as seguintes condições:

  • Valores de Volume e Entropia são obtidos das tabelas contidas no anexo do livro
  • Volume constante

Passo 2

Estado 1 (estado inicial):

  • P= 150kPa
  • X 1 = 0,25 (uma vez que 3 4 da massa está em fase líquida, o título X 1   representa a fração de massa na fase gasosa, X 1 = 1 - 3 4 = 0,25

Propriedades

- Volume: V 1 = V f +   X 1 V f g = 0,001053 + 0,25 (1,1594 – 0,001053) = 0,29065 m 3 / k g

Em que V f e V f g são tabelados de acordo com a tabela para a mistura vapor-líquido da água contido no apêndice do livro

- Entropia: S 1 = S f + X 1 S f g = 1,4337 + 0,25 5,7894 = 2,8810   k g / k g K

Estado 2 (estado final):

O volume do reservatório não muda, então V 2 = V 1 , que corresponde a um valor de S 2 = 6,7298   k j / k g K

Passo 3

Variação da entropia é dado por: ∆ S = m S 2 - S 1 = 5 k g   6,7298 - 2,8810   K J / K g   . K   = 19,2 KJ/K

Resposta

R: 19,2 kJ/K

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