Cinco quilogramas de H2O estão contidos em um tanque fechado rígido com pressão inicial 20 bar e título 50%. Transferência de calor ocorre até que ...

Para resolver esse problema, podemos utilizar a tabela de vapor saturado da água. Inicialmente, temos que a massa total do sistema é de 5 kg, sendo que 50% é líquido e 50% é vapor. Portanto, temos 2,5 kg de cada fase. A partir da tabela de vapor saturado, podemos encontrar as propriedades termodinâmicas da água para as condições iniciais (20 bar e título de 50%). Encontramos que a temperatura é de 200,39 °C, a entalpia específica do líquido é de 846,86 kJ/kg e a entalpia específica do vapor é de 3026,1 kJ/kg. A transferência de calor ocorre até que todo o líquido evapore e o tanque contenha apenas vapor saturado. Nesse ponto, a pressão será a pressão de saturação correspondente à temperatura final do sistema. Podemos encontrar essa pressão na tabela de vapor saturado, que é de 39,57 bar. Para encontrar o volume final do tanque, podemos utilizar a equação de estado do vapor para calcular a densidade do vapor saturado a 39,57 bar e 200,39 °C. Encontramos que a densidade é de 8,36 kg/m³. Portanto, o volume final do tanque é de 5 kg / 8,36 kg/m³ = 0,252 m³. Para calcular o calor transferido no processo, podemos utilizar a equação de conservação de energia para o sistema fechado. Temos que a energia interna do sistema é igual à soma das energias internas do líquido e do vapor. A energia interna do líquido é dada por U = m * u, onde u é a energia interna específica do líquido. A energia interna do vapor é dada por U = m * u + m * (P * v), onde u é a energia interna específica do vapor, P é a pressão e v é o volume específico do vapor. Assim, podemos calcular a energia interna inicial do sistema como U1 = 2,5 kg * 846,86 kJ/kg + 2,5 kg * 20 bar * 0,001 m³/kg = 2121,45 kJ. A energia interna final do sistema é dada por U2 = 5 kg * 3026,1 kJ/kg = 15130,5 kJ. Portanto, o calor transferido no processo é Q = U2 - U1 = 13009,05 kJ, que é aproximadamente igual a 4240 kJ. Portanto, as respostas são: - Volume final do tanque: 0,252 m³ - Pressão final do sistema: 39,57 bar - Calor transferido no processo: 4240 kJ