ATPS - Etapa 1 Termodinâmica

ETAPA 01

Aula-tema: Substâncias puras e suas propriedades.

Passo 1

Calcular qual deve ser a pressão interna do globo. De acordo com a turbina construída por Hero, para efeito de curiosidade, era constituída por um globo, contendo água e, do qual, vapor fervente poderia escapar através de dois bocais, como mostrado na figura.

Fogo colocado abaixo de um recipiente fervia a água e vapor escapava pelos tubos verticais, entrando no globo. Conforme o vapor era expelido pelos bocais, o globo era colocado em movimento giratório. Para que o globo gire é necessário uma força de 5N na extremidade de cada bocal, cada bocal tem o diâmetro de 0,5 cm.

Solução:

Dados:

F= 5 N

D= 0,5 cm → 0,5 x 10-2 m

P= ?

Abocal= (π.d^2)/4 = (π.〖(0,5 x 〖10〗^(-2) )〗^2)/4 = 19,6 x 10-6 m2

A pressão interna do globo → P= F/A

P= F/A = 5/(〖19,6 x 10〗^(-6) ) = 255.102,041 Nm2 → 255,102 kPa

Logo, a pressão interna= 255,102 kPa

Passo 2

Comparar a pressão exercida pelo vapor d’água sobre o globo, encontrada no passo 1º, e a pressão interna de um pneu de carro (30 PSI).

Dados:

1 PSI = 6,89475 kPa

O pneu de carro → 30 PSI

Solução:

Pressão interna no globo → (255,102 kPa)/(6,89475 kPa) = 37 PSI

Logo, a pressão interna encontrada no pneu do carro ( 30 PSI ) é inferior a encontrada no interior do globo ( 37 PSI ).

Passo 3 (Equipe)

Calcular qual a fração em volume ocupada pelo vapor d’água, sabendo que o vapor de água dentro do globo está com uma titulação de 0,1 e adotando o valor de pressão encontrado no 1º passo.

Dados:

V= ?

Pglobo= 255,102 kPa

X= 0,1

Solução:

Na Tabela Termodinâmica B.1.2 – Água Saturada em função da pressão, temos:

Pressão Temperatura Volume Líquido Volume gasoso

250 kPa 127,43 ºC 0,001067 m3/kg 0,71871 m3/kg

V= Vl+X∙(Vv-Vl)

V= 0,001067 + 0,1∙ (0,71871 -