A Termodinâmica Na Engenharia

SOLUÇÃO

Estado inicial (1) Ar (K) Água

T1 (oC) = 100 373 100

V1 (m3) = 1 1

P1 (Pa) = 101350 Se o pistão está em

equilíbrio, ar e água estão à

mesma pressão = Psat (T1)

101350

Título (vapor saturado): x1= 1

massa de ar (kg): m_ar = PV/RT = 0,946745009

R do ar (J/kgK) = 287

(a) Resposta: massa do ar = 0,947 kg

massa da água (kg): m_w = V1/v1 =

Volume específico da água

(m3/kg):

v = vv x1 + vl (1-x1) 1,6729

Para T1: vv (m3/kg) = 1,6729

vl (m3/kg) = 0,001044

massa da água (kg): m_w = 0,597764361

(b) Resposta: massa da água = 0,598 kg

Trabalho do ar (J): W = P2V2 - P1V1/(1-n) = m_ar R (T2 - T1)/(1-n)

n = -0,5

Q (J) = 200000

1a Lei para um sistema (ar): ∆U = Q - W

∆U = m Cv ∆T = m Cv (T2 - T1)

Cv (J/kgK) = 717,5

Inserindo as fórmulas do trabalho e da energia interna na 1a lei, isolando T2, temos:

T2 = Q/(( R/(1-n) + Cv ) + T1 = 332,440994

(c) Resposta: Temperatura final do ar = 332,4 oC

605,4 K

Se o equilíbrio de forças foi

atingido:

P2_w = P2_ar = P2 = P1 (V1/V2)n

mas P2 V_ar2 = m_ar R T_ar2

Combinando as duas equações: V_ar2 =V_ar1 (T2 / T1 )(1/1-n)

= 1,38 m3

P2 = m_ar R T2/ V_ar2 = 119109,0471 Pa

Volume final da água:

V total = V_w + V_ar = 2

V_w = V total - V_ar = 0,62 m3

Volume específico final da

água:

v_w2 = V_w2/m_w = 1,04 m3/kg

Checando na tabela, para a

pressão P2:

vl (m3/kg) = 0,001047648

vv (m3/kg) = 1,441676659

Como: vl < v_w2 < vv A água está saturada

Título: x2 = (v_w2 - vl)/(vv - vl) = 0,717895036

Temperatura final da água

obtida por interpolação:

T_w2 = 104,5606182 oC

(d) Resposta: Temperatura final da água