Um conjunto cilindro-pistão contem 5 kg de vapor d'água a 100 °C e com titulo de 50 %. Esse vapor passa por dois processos: Processo 1-2 - Calor é transferido de forma reversível para o vapor enquanto a Pressão e a temperatura são mantidas constantes até que o vapor d'água se torne vapor saturado; Processo 2-3 - O vapor expande em processo adiabático e reversível até a pressão de 15 kPa. (a) Determine o calor transferido no processo 1-2; (b) Determine o trabalho realizado no processo 2-3.
Bom dia/boa tarde/boa noite, Juliano! Como vai?
A resolução do exercício será dividida em 2 partes: letra a) e letra b)
Porém, antes de proceder a resolução, é necessário tomar conhecimento de algumas informações, que podem ser obtidas em tabelas de propriedade de água saturada (líquido-vapor).
a) Determinação do calor transferido no processo 1-2
Neste caso, temos uma transferência de calor de forma reversível para o vapor, considerando a pressão e a temperatura constantes, até que o vapor se torne saturado!
As informações obtidads a partir do enunciado são: 5 kg de vapor dágua, na temperatura de 100 ºC e com título de 50%, ou seja, 0,50.
Na tab. de propriedades de água saturada (líq-vap), para T = 100 ºC, temos:
H(sat, líq) = 419,04 kJ/kg => uf = 419,04 kJ/kg
H(líq-vap) = 2257,0 kJ/kg
H(sat, vap) = 2676,1 kJ/kg => ug = 2676,1 kJ/kg
Usando a equação abaixo, é possível calcular a entalpia no ponto 1 (antes do processo).
h(1) = (1 - x)*hf + x*hg => h(1) = (1 - 0,50)*419,04 kJ/kg + 0,50*2676,1 kJ/kg => h(1) = 0,50*419,04 kJ/kg + 0,50*2676,1 kJ/kg =>
h(1) = 209,52 kJ/kg + 1338,05 kJ/kg => h(1) = 1547,57 kJ/kg
No ponto 2 (depois do processo), a entalpia corresponde ao valor de entalpia de vapor saturado, então:
h(2) = hg => h(2) = 2676,1 kJ/kg
No processo 1-2, temos:
h12 = h(2) - h(1) => h12 = 2676,1 kJ/kg - 1547,57 kJ/kg => h12 = 1128,53 kJ/kg
O calor será:
Q = m*h12 => Q = (5 kg)*(1128,53 kJ/kg) => Q = 5642,65 kJ
b) Determinação do trabalho realizado no processo 2-3
Neste caso, temos um trabalho realizado de forma reversível no vapor até a condição de vapor saturado.
As informações obtidads a partir do enunciado são: 5 kg de vapor dágua, na pressão de 15 kPa.
Na tab. de propriedades de água saturada (líq-vap), para p = 15 kPa, ou 0,15 bar, existem dois valores, em duas condições de pressão:
H(sat, vap, 0,10 bar) = 2584,7 kJ/kg => ug (0,10 bar) = 2584,7 kJ/kg
H(sat, vap, 0,20 bar) = 2609,7 kJ/kg => ug (0,20 bar) = 2609,7 kJ/kg
Para determinar a entalpia do vapor saturado correspondente à pressão de 0,15 bar, realiza-se uma interpolação:
(0,15 - 0,10)/(0,20 - 0,10) = (H(0,15 bar) - 2584,7 kJ/kg)/(2609,7 kJ/kg - 2584,7 kJ/kg)
0,05/0,10 = (H(0,15 bar) - 2584,7)/25 => 0,5 = (H(0,15 bar) - 2584,7)/25 => 0,5*25 = (H(0,15 bar) - 2584,7)
12,5 = H(0,15 bar) - 2584,7 => 12,5 + 2584,7 = H(0,15 bar) => ]H(0,15 bar) = 2597,2 kJ/kg
Então, temos:
h(3) = H(0,15 bar) = 2597,2 kJ/kg => h(3) = 2597,2 kJ/kg
No ponto 2 (antes do processo), a entalpia corresponde a:
h(2) = hg => h(2) = 2676,1 kJ/kg
No processo 2-3, temos:
h23 = h(3) - h(2) => h12 = 2597,2 - 2676,1 kJ/kg => h23 = -78,9 kJ/kg
O sinal negativo indica que o trabalho é realizado sobre o sistema.
W = m*h23 => W = (5 kg)*(78,9 kJ/kg) => W = 394,5 kJ
Respostas: Q = 5642,65 kJ e W = 394,5 kJ
Bons estudos!!!
Q=m.c.?T
vapor d'água é água no estado gasoso.
o calor específico da água no estado gasoso é 0,5 ( Dado que faltava )
Q = 500.0,5.300
Q=15000.0,5
Q= 75.000 cal
T=p?V
T=0,4.10?.0,1
T=40.000 J
A energia interna no Gás se quiser é só achar pela primeira lei da termodinâmica
Q=T+E
