Enunciado

Um tanque rígido contém inicialmente 1,4   k g de uma mistura saturada de água a 200 °C. Nesse estado, 25 %   do seu volume é ocupado pelo líquido e o restante pelo vapor. Calor é então fornecido à água até que o tanque contenha apenas vapor saturado. Determine (a) o volume do tanque. (b) a temperatura e pressão finais. (c) a variação de energia interna da água.

Passo 1

Primeiramente vamos obter os dados da substância pela Tabela A-4, temos então:

Tab. A-4 (água a 200 °C):

v f = 0,001157   m 3 / k g

u f = 850 ,   k J / k g

Vamos calcular o volume do tanque. Ele possui inicialmente água e ar, o volume ocupado pela água é de:

V 1 = m v 1 = 1,4   k g 0,001157 m 3 k g = 0,001619

V = 1 25 0,001614 = 0,006476   m 3

Passo 2

Agora podemos calcular o volume específico v 2 e obter as propriedades após a adição de calor.

v 2 = V m = 0,006476   m 3 / k g 1,4   k g = 0,004626   m 3 / k g

Pelo volume específico e sabendo que a substancia será totalmente convertida em vapor saturado, ou seja, possui x 2 = 1 , podemos encontrar as propriedades.

Tab. A-4:

v 2 = 0,004626   m 3 / k g

x 2 = 1

Pela tabela obtemos os seguintes valores:

T 1 = 371 ,   3   ° C

P 2 = 21,367   k P a

u 2 = 2201,5   k J / k g

Passo 3

De posse dos dados podemos então calcular a variação de energia interna. Utilizaremos a seguinte expressão:

∆ u = m ( u 2 - u 1 )

∆ u = 1,4   k g ( 2201,5   k J / k g - 850 ,   k J / k g )

∆ u = 1892   k J

Até a próxima!

Resposta

  1. V 1 = m v 1 = 1,4   k g 0,001157 m 3 k g = 0,00161 9
  2. T 1 = 371 ,   3   ° C
  3. P 2 = 21,367   k P a

  4. ∆ u = 1892   k J

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