Determine a variação de entropia específica do Nitrogênio
quando é aquecido de 400 a 700 K e a pressão diminui de 500 para 400 kPa . Considere as condições:
REPÚBLICA FEDERATIVA DO BRASIL
MINISTÊRIO DA EDUCAÇÂO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
EMITIDO EM 03/05/2016
SISTEMA
a) Calor específico constante;
b) Calor específico variável.
REPÚBLICA FEDERATIVA DO BRASIL
MINISTÊRIO DA EDUCAÇÂO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ
EMITIDO EM 03/05/2016
SISTEMA
a) Calor específico constante;
b) Calor específico variável.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! O que a gente tem aqui é um problema de termodinâmica, mais especificamente sobre a variação de entropia de um gás, que no caso é o Nitrogênio (
). A gente vai calcular como a entropia específica do Nitrogênio muda quando ele é aquecido de 400 K para 700 K e, ao mesmo tempo, a pressão diminui de 500 kPa para 400 kPa. Vamos considerar duas situações:
a) Quando o calor específico é constante;
b) Quando o calor específico varia com a temperatura.
Para isso, vamos precisar entender as fórmulas que relacionam entropia, temperatura e pressão, além de saber como aplicar essas fórmulas passo a passo.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que a variação de entropia (
) para um gás ideal pode ser calculada usando a seguinte equação:
Aqui:
-
é o calor específico a pressão constante, -
é a constante dos gases (para o Nitrogênio, kJ/kg·K), -
e são as temperaturas inicial e final, -
e são as pressões inicial e final.
Essa fórmula nos ajuda a encontrar como a entropia muda quando a temperatura e a pressão mudam.
Passo 3
Vamos começar com a alínea a) Calor específico constante. Nesse caso, assumimos que
não varia com a temperatura, ou seja, permanece o mesmo durante todo o processo.
Primeiro, vamos identificar os valores que temos:
- Temperatura inicial,
K - Temperatura final,
K - Pressão inicial,
kPa - Pressão final,
kPa - Constante dos gases para
, kJ/kg·K
Nosso objetivo é encontrar
.
Passo 4
Agora, vamos substituir esses valores na fórmula da variação de entropia:
Antes de prosseguir, precisamos do valor de
para o Nitrogênio. Geralmente, para o Nitrogênio,
kJ/kg·K.
Então, substituindo:
Passo 5
Vamos calcular os logaritmos natural:
Substituindo esses valores na equação:
Passo 6
Agora, fazemos as multiplicações:
Então:
Passo 7
Portanto, a variação de entropia específica do Nitrogênio com calor específico constante é de aproximadamente 0,6482 kJ/kg·K.
Resposta
A variação de entropia específica do Nitrogênio
ao aquecer de 400 K para 700 K e diminuir a pressão de 500 kPa para 400 kPa, considerando calor específico constante, é de aproximadamente 0,6482 kJ/kg·K.
Exercícios relacionados
Dois ciclos reversíveis são colocados em série. O primeiro ciclo recebe energia por transferência de calor de um a reservatório quente a
e rejeita energia por transferência de calor para um reservatório a uma temperatura T inferior a
. O segundo ciclo recebe energia por transferência de calor à temperatura T e rejeita energia por transferência de calor para um reservatório a
(menor que T ). A eficiência do térmica do primeiro ciclo é de
maior do que a do segundo ciclo. Nestas condições, determine:
a) A temperatura intermediária , e as eficiências térmicas dos dois ciclos de potência; Resp.
a) A temperatura intermediária
Dois tanques muito grandes, mantido a 323 K e pressão total do sistema de 1 atm, são ligados por um conduto circular de
de diâmetro com 5 m de comprimento. No tanque 1 contém um gás uniforme composto de 60% de acetona e
de ar, enquanto o tanque 2 contém um gás uniforme composto de 10% de acetona e
de ar. Determinar a taxa inicial de transferência de acetona entre os dois reservatórios.
A difusividade do gás de acetona em ar, a 298 K e 1 atm é de .
Solução:
A difusividade do gás de acetona em ar, a 298 K e 1 atm é de
Solução:
Um motor térmico realiza, por ciclo, o trabalho líquido de 50 kJ . Para tal, recebe energia por calor de um reservatório quente 80 kJ . Qual é o seu rendimento? Qual é a quantidade de calor rejeitada para o reservatório frio? Resp.
Problema 4:
Pretende-se instalar um feixe de tubos com passagem de vapor saturado para manter aquecida uma certa massa de etileno glicol no interior de um tanque sem agitação.
feixe é formado por 100 tubos de aço inoxidável com
de in de diâmetro externo,
de comprimento e
de espessura.
coeficiente de convecção devido à condensação no interior dos tubos pode ser preliminarmente estimado como
. Determinar a taxa de transferência de calor que o feixe pode transmitir ao interior do tanque se este estiver a uma temperatura de
. Dados: Coeficiente de expansão térmica volumétrico do etilenoglicol:
Pretende-se instalar um feixe de tubos com passagem de vapor saturado