Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 129
129 Um conjunto cilindro – pistão, que opera a pressão constante, contém 1 litro de água a 400 kPa e x=0,15. O conjunto conta com esbarros de modo que o volume interno máximo é igual a 11 litros. Uma bomba de calor reversível, que extrai calor do ambiente (pressão e temperatura iguais a 100 kPa e 300 K), transfere calor para a água até que a temperatura atinja 300°C. Determine o trabalho realizado pela água, a transferência de calor para a água e o trabalho necessário para acionar a bomba de calor nesse processo.
Passo 1
Nessa questão vamos usar a equação da energia:
Calculando o trabalho:
A equação da entropia:
E pro trabalho da bomba de calor:
Passo 2
No estado 1 temos duas fases, né... ele dá até o título (), então pegamos os dados na tabela B.1.1 e calculamos:
- o volume específico:
E já podemos calcular a massa:
- a energia interna específica:
- a entropia específica:
Passo 3
No estado 2, como a pressão de saturação pra 300°C é mais alta que 400 kPa, então vamos ter vapor superaquecido.
Vamos supor que o pistão não tenha chegado nos esbarros, no estado 2, então a pressão continua constante, né? E vamos ver se isso é válido ou não pegando o volume específico na tabela B.1.3 (pra 400 kPa e 300 °C):
Calculando o volume:
Como o volume é menor que o máximo, que é 11 litros, então não suposição é válida.
Então podemos pegar os outros dados na mesma linha da tabela:
- energia interna específica:
- entropia específica:
Passo 4
Calculando o trabalho realizado pela água:
E usando a equação da energia pra calcular a transferência de calor pra água:
Passo 5
Usando a equação da entropia:
E calculando o trabalho da bomba: