Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 140
140. Um arranjo pistão-cilindro vertical isolado contém inicialmente 0,8 m3 de refrigerante-134a a 1,2 MPa e 120 °C. Nessa situação, uma mola linear aplica força total no pistão. Uma válvula conectada ao cilindro é então aberta, e refrigerante escapa. A mola se distende à medida que o pistão desce, e a pressão e o volume caem para 0,6 Mpa e 0,5 m3 ao final do processo. Determine (a) a quantidade do refrigerante que escapou e (b) a temperatura final do refrigerante.
Passo 1
As propriedades iniciasi do fluido podem ser obtidas a partir das tabelas A-11 e A-13 como sendo:
Tomamos o tanque como sistema, que é um volume de controle, uma vez que a massa atravessa a fronteira. Observando que as energias microscópicas dos fluidos fluidos e não fluidos são representadas pela entalpia he energia interna u, respectivamente, os balanços de massa e energia desse sistema de fluxo uniforme podem ser expressos como
Balanço de massa:
Balanço de energia:
Passo 2
A massa inicial e as relações para as massas final e existente são:
Observando que a mola é linear, o trabalho de contorno pode ser determinado a partir de
Substituindo esse valor encontrado na equação do balanço de energia:
onde a idade das entalpias inicial e final do refrigerante no cilindro. Ou seja, e
As propriedades do estado final do refrigerante (h2, u2 e v2) são todas funções da pressão final (conhecida) e da temperatura (desconhecida). A solução pode ser obtida por uma abordagem de tentativa de erro, tentando diferentes temperaturas do estado final até a Eq. (1) está satisfeito. Ou resolvendo as equações acima simultaneamente usando um solucionador de equações com funções termodinâmicas integradas, como EES, obtemos