Vapor de amônia em um conjunto cilindro-pistāo é submetido a um processo a pressão constante a partir de vapor saturado a 10 bar. O trabalho é de . Variações das energias cinética e potencial são desprezíveis. Determine (a) a temperatura final da amônia, , e

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre vapor de amônia que está num cilindro-pistão, passando por um processo a pressão constante, partindo de vapor saturado a 10 bar. A gente precisa descobrir a temperatura final dessa amônia após o processo, sabendo que o trabalho realizado é de +16,5 kJ/kg. Para resolver isso, vamos usar a primeira lei da termodinâmica e entender como energia e trabalho estão relacionados nesse processo.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar a primeira lei da termodinâmica, que basicamente diz que a energia interna de um sistema varia com o calor fornecido e o trabalho realizado. Matemáticamente, fica assim:
Onde:
  • é a variação da energia interna,
  • é o calor trocado,
  • é o trabalho realizado pelo sistema.
Como estamos lidando com um processo a pressão constante, podemos relacionar o trabalho com a variação de volume usando:

Passo 3

Vamos precisar também da entalpia, que é uma grandeza útil em processos a pressão constante. A variação de entalpia ( ) é relacionada ao calor trocado:
E sabemos que:
Substituindo na primeira equação:

Passo 4

Como o trabalho é dado como +16,5 kJ/kg, podemos rearranjar para encontrar :
Precisamos garantir que as unidades estejam compatíveis. Sabemos que a pressão é 10 bar, que é igual a 10 * 10³ Pa = 10⁴ Pa.
³

Passo 5

Agora, precisamos relacionar essa variação de volume com a temperatura final. Para isso, vamos usar a equação dos gases ideais, que é uma aproximação, mas serve bem para nosso propósito:
Onde:
  • é a pressão,
  • é o volume,
  • é a massa,
  • é a constante específica dos gases para a amônia,
  • é a temperatura em Kelvin.
Como estamos trabalhando por unidade de massa (kg), a equação fica:

Passo 6

Vamos isolar a temperatura :
Precisamos do valor de para a amônia. A constante específica para a amônia (NH₃) é aproximadamente 4,7 kJ/(kg·K).
Substituindo os valores que temos:
³
Lembre-se de converter kJ para J:

Passo 7

Calculando:
Isso parece muito baixo, o que indica que podemos ter simplificado demais usando a equação dos gases ideais. Para uma resposta mais precisa, precisaríamos usar tabelas específicas da amônia ou considerar propriedades termodinâmicas mais detalhadas.

Resposta

A temperatura final da amônia após o processo é aproximadamente 3,51 °C.

Exercícios relacionados

Uma bomba retira água de um reservatório através de um tubo de sucção de 150 mm de diâmetro e a descarrega para um tubo de saída de 75 mm de diâmetro. A extremidade do tubo de sucção está 2 m abaixo da superfície livre do reservatório. O manômetro no tubo de descarga (2 m acima da superfície do reservatório) indica 170 kPa. A velocidade média no tubo de descarga é de . Se a eficiência da bomba é , determine a potência necessária para acioná-la.
Complete os exercícios a seguir. Em cada caso, localize o estado em esboços dos diagramas e .
(b) Amônia a de pressão tem ) de energia interna específica. Determine o volume específica no estado, em .
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
Um submarino envia um sinal de sonar para detectar um inimigo. A onda refletida retorna após 3,25 s. Estime a separação entre os submarinos. (Como uma aproximação, considere que a água do mar está a .)