51 A Fig. P8.51 mostra um conjunto cilindro-pistão, isolado termicamente, que contém amônia. Inicialmente, o volume da câmara é 200 litros, a temperatura e o título são iguais a 5°C e 92,9%. O módulo da força externa que atua sobre o pistão é aumentado vagarosamente e o pistão comprime a amônia até que a temperatura atinja 50°C. Qual é o trabalho realizado sobre a amônia neste processo?

Passo 1

Bom.. vamos lá... pra essa questão vamos considerar processo reversível pra usar a equação:

m s 2 - s 1 = ∫ d Q T

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

Δ U = Q - W

E também vamos usar as tabelas do final do livro.

Passo 2

No estado inicial, como ele dá o título, então já sabemos que são duas fases, né... então vamos pegar os dados na tabela B.2.1:

- a energia interna específica inicial:

u 1 = 1 - x 1 u l + x 1 u v

u 1 = 1242,5   k J / k g

- entropia específica inicial:

s 1 = 1 - x 1 s l + x 1 s v

s 1 = 4,9491   k J / k g K

- o volume específico inicial:

v 1 = 1 - x 1 v l + x 1 v v

v 1 = 0,2258   m 3 / k g

Daí dá pra calcular a massa, né:

m = V 1 v 1

m = 0,2 0,2258

m = 0,886   k g

Passo 3

Bom... como é isolado termicamente, então não tem troca de calor...

Q = 0

E assim, ficamos com:

m s 2 - s 1 = 0

s 2 = s 1

Então pro estado final nós temos a temperatura, né:

T 2 = 50 ° C

E a entropia específica:

s 2 = s 1

s 2 = 4,9491   k J / k g K

Então vamos ter que procurar pelas tabelas qual pressão tem essa entropia nessa temperatura... haja paciência...

Ahhhh... achamos um valoor suuuuper próximo, vai... não vale nem a pena interpolar.

Em P = 1600   k P a e 50 ° C temos:

s = 4,9510

Então vamos pegar a energia interna:

u 2 = 1364,9   k J / k g

Passo 4

Agora já dá pra calcular o trabalho, né:

Δ U = Q - W

m Δ u = Q - W

0,886 × 1364,9 - 1242,5 = 0 - W

W = - 108,4   k J

Resposta

W = - 108,4   k J

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