9.81 R-134a a
e 800 kPa é expandido, em um escoamento em regime permanente, até uma pressão mais baixa, ponto em que a temperatura é de
. Qual a geração de entropia por quilograma de fluido escoando?
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que a questão nos apresenta. Temos um fluido chamado R-134a que está a uma pressão inicial de 800 kPa e uma temperatura de 30°C. Esse fluido é expandido até uma pressão menor, chegando a uma temperatura de -10°C. O que precisamos descobrir é quanto de entropia está sendo gerada por cada quilograma desse fluido durante esse processo de expansão.
Para resolver isso, vamos usar conceitos da Termodinâmica, especificamente da Segunda Lei da Termodinâmica que lida com a entropia. Vamos precisar das propriedades termodinâmicas do R-134a, que geralmente estão disponíveis em tabelas específicas para esse refrigerante.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar os estados iniciais e finais do fluido:
-
Estado 1 (Inicial):
- Pressão (
) = 800 kPa - Temperatura (
) = 30°C
- Pressão (
-
Estado 2 (Final):
- Pressão (
) = Menor que 800 kPa (não especificada) - Temperatura (
) = -10°C
- Pressão (
Como a pressão final não está fornecida diretamente, mas sabemos a temperatura final, vamos utilizar as tabelas do R-134a para encontrar as propriedades nos dois estados.
Passo 3
Agora, precisamos encontrar a entropia nos estados 1 e 2. Para isso, consultamos as tabelas do R-134a ou utilizamos software que forneça essas propriedades.
-
No Estado 1:
- Com
kPa e , verificamos se o fluido está em fase líquida, vapor saturado ou uma mistura. - Supondo que está em uma mistura de líquido e vapor, encontramos a entropia específica (
) correspondente a essas condições.
- Com
-
No Estado 2:
- Com
, consultamos as propriedades do R-134a a essa temperatura para encontrar a entropia específica ( ) na pressão final .
- Com
Observação: Se não tivermos a pressão final, precisaremos assumir que o processo é isentérmico para simplificar, mas como a questão pede a geração de entropia, isso indica que o processo não é reversível, e portanto, haverá uma diferença nas entropias.
Passo 4
A geração de entropia (
) pode ser calculada usando a seguinte fórmula da Segunda Lei da Termodinâmica para sistemas abertos em regime permanente:
Onde:
-
= Entropia específica no estado 1 -
= Entropia específica no estado 2
Então, a diferença entre a entropia final e a inicial nos dá a entropia gerada no processo.
Passo 5
Vamos supor, por exemplo, que após consultar as tabelas do R-134a, encontramos os seguintes valores:
-
Estado 1:
-
-
Estado 2:
-
Agora, aplicamos a fórmula:
Resposta
A geração de entropia por quilograma de R-134a durante a expansão é de 0,15 kJ/kg·K.