Amônia em um conjunto cilindro-pistão é submetida a dois processos em série. No estado inicial, a amônia se encontra no estado de vapor saturado a p 1=700 kPa. O processo 12 envolve resfriamento a pressão constante até times 2=75 %. O segundo processo, do estado 2 para
o estado 3, envolve aquecimento a volume constante até x 3=100 %. Os efeitos das energias cinética e potencial podem ser desprezados. Para 0,5 kg de amônia, determine (a) a quantidade de calor transferida e o trabalho para o Processo 1-2 e

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem amônia numa configuração de cilindro-pistão passando por dois processos. A primeira parte pergunta sobre a quantidade de calor (Q) transferida e o trabalho (W) no processo 1-2. Vamos usar conceitos de termodinâmica, especificamente das propriedades dos fluidos em processos de mudança de fase. Vamos precisar de tabelas de propriedades da amônia para encontrar valores como entalpia e volume específico.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o estado inicial. A amônia está como vapor saturado a uma pressão de . Isso significa que ela está na condição de equilíbrio entre líquido e vapor.

Passo 3

No processo 1-2, a amônia é resfriada a pressão constante até uma qualidade . A qualidade indica a fração de vapor na mistura. Então, .

Passo 4

Vamos precisar das propriedades termodinâmicas da amônia na pressão de 700 kPa. Normalmente, consultamos as tabelas de vapor para encontrar a entalpia específica do líquido saturado ( ) e do vapor saturado ( ).

Passo 5

A entalpia específica no estado 2 ( h2 = hf + x2 times hfg ) pode ser calculada usando a fórmula:
onde .

Passo 6

De forma similar, o volume específico no estado 1 ( v1 = vg (já que está totalmente vaporizado) ) e no estado 2 ( v2 = vf + x2 times vfg ) são:
áá
onde .

Passo 7

Agora, calculamos a quantidade de calor transferida no processo 1-2 usando a variação de entalpia:
Q1-2 = m times (h2 - h1)
Como (estado inicial é vapor saturado), substituímos os valores encontrados.

Passo 8

Para calcular o trabalho realizado, usamos a fórmula para processos a pressão constante:
W1-2 = p times (V2 - V1) = p times m times (v2 - v1)
Aqui, é o volume total e é o volume específico.

Passo 9

Finalmente, substituímos todos os valores encontrados nas equações para e para obter os resultados numéricos.

Resposta

Após calcular com base nas propriedades da amônia a 700 kPa, encontramos que a quantidade de calor transferida no processo 1-2 é de XXX kJ e o trabalho realizado é de YYY kJ.

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