(b) Equacione o balanço de energia global para o sistema explicando cada termo se é desprezado ou não.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão pede para formularmos o balanço de energia global para um sistema específico. Isso envolve aplicar a primeira lei da termodinâmica, que é basicamente a lei da conservação da energia. Para resolver isso, vamos precisar identificar todas as formas de energia que entram e saem do sistema, além de considerar a energia armazenada internamente. Vamos também verificar quais termos podemos desprezar para simplificar a equação.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que o balanço de energia global considera todas as formas de energia que entram e saem do sistema. A equação geral da primeira lei para um sistema aberto é:
Aqui:
-
é a taxa de calor fornecida ao sistema. -
é a taxa de trabalho realizado pelo sistema. -
representa a massa que entra ou sai. -
é a entalpia específica. -
é a velocidade. -
é a aceleração da gravidade. -
é a altura. -
é a taxa de variação da energia interna do sistema.
Passo 3
Agora, vamos explicar cada termo e verificar se podemos desprezar alguns deles:
-
Calor (
): Representa a energia térmica que entra ou sai do sistema. Geralmente é importante manter esse termo. -
Trabalho (
): Inclui todo tipo de trabalho realizado pelo sistema, como expansão ou compressão. Dependendo do sistema, pode ser desprezado se for insignificante. -
Entalpia (
): Relaciona-se com a energia interna e a pressão-volume. Em muitos casos, especialmente em mudanças de fase ou reações químicas, é um termo crucial. -
Energia cinética (
): Possível desprezo se as velocidades de entrada e saída forem pequenas comparadas à energia interna. -
Energia potencial gravitacional (
): Genericamente desprezada se as diferenças de altura forem pequenas ou se o sistema operar em uma única altura. -
Variação da energia interna (
): Importante se o sistema armazenar ou liberar energia internamente, como em processos diutérmicos ou exotérmicos.
Passo 4
Vamos simplificar a equação considerando que:
- As velocidades e alturas são pequenas, então
e podem ser desprezadas. - A variação da energia interna é considerada constante ou nula no estado estacionário.
Com essas simplificações, a equação fica:
Isso significa que o calor fornecido menos o trabalho realizado mais a entalpia das entradas é igual à entalpia das saídas.
Resposta
O balanço de energia global para o sistema, considerando as simplificações, é dado por: