50 Um conjunto cilindro-pistão contém R=134a. Inicialmente, o fluido apresenta T=10°C, p=150kPa e o volume igual a 20 litros. O refrigerante é então comprimido, num processo isotérmico e reversível, até que se atinja o estado de vapor saturado. Determine o trabalho necessário e o valor transferido neste processo.

Passo 1

Opa... vamos lá. Como a gente tem um processo isotérmico e reversível, então vamos usar a equação:

Q = T Δ S

E também, para calcular o trabalho, a equação da energia:

Δ U = Q - W

E também as famosas tabelas do final do livro.

Passo 2

Para o estado inicial, se a gente olhar lá na tabela B.5.1 a pressão de saturação referente a 10°C a gente vê que é maior que 150 kPa, né... então nós temos vapor saturado.

Sendo assim, vamos pra tabela B.5.2:

- a energia interna específica inicial:

u 1 = 388,36   k J / k g

- a entropia específica inicial:

s 1 = 1,822   k J / k g K

- o volume específico inicial:

v 1 = 0,148283   m 3 / k g

Daí a gente pode calcular a massa, né:

m = V v 1

m = 0,02 0,148283

m = 0,1349   k g

Passo 3

No estado final temos só vapor saturado, né... então vamos voltar pra tabela B.5.1:

- a energia interna específica inicial:

u 2 = 383,67   k J / k g

- a entropia específica final:

s 2 = 1,7218   k J / k g K

Passo 4

Agora já dá pra calcular a transferência de calor:

Q = T Δ S

Como tem a massa: (lembrando de passar a temperatura pra Kelvin, né)

Q = T m Δ s

Q = 10 + 273,15 × 0,1349 × 1,7218 - 1,822

Q = - 3,83   k J

E o trabalho:

Δ U = Q - W

Com a massa:

m Δ u = Q - W

0,1349 × 383,67 - 388,36 = - 3,83 - W

W = - 3,197   k J

Resposta

Q = - 3,83   k J

W = - 3,197   k J

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