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
. O processo 12 envolve resfriamento a pressão constante até
. O segundo processo, do estado 2 para
o estado 3, envolve aquecimento a volume constante até
. Os efeitos das energias cinética e potencial podem ser desprezados. Para
de amônia, determine (a) a quantidade de calor transferida e o trabalho para o Processo 1-2 e
o estado 3, envolve aquecimento a volume constante até
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 (
) pode ser calculada usando a fórmula:
onde
.
Passo 6
De forma similar, o volume específico no estado 1 (
) e no estado 2 (
) são:
onde
.
Passo 7
Agora, calculamos a quantidade de calor transferida no processo 1-2 usando a variação de entalpia:
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:
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.