Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 130
130 A Fig. P8.130 mostra um conjunto cilindro – pistão que, inicialmente, contém água a 1 MPa e 500°C. O volume da câmara é 1 m3, quando o pistão respousa sobre o esbasso inferior, e é igual a 3 m3, quando o pistão encosta no esbarro superior. A pressão atmosférica e a massa do pistão são tais que a pressão na câmara é igual a 500 kPa quando o pistão está localizado entro os esbarros. O conjunto é, então, resfriado, transferindo-se calor para o meio que apresenta temperatura igual a 20°C, até que a temperatura atinja 100°C. Determine a entropia gerada neste processo.
Passo 1
Nessa questão talvez seja um pouco difícil da gente entender o que eestá acontecendo.
Mas é algo assim: tem água beeem quente, com pressão 1 MPa e 500 °C, então ela ta lá no esbarro de cima, já que a pressão pra ela estar entre os dois esbarros é 500 kPa.
Daí depois ela vai perdendo calor até a pressão diminuir pra 500 kPa e aí sim o pistão começa a descer até o volume 2.
Vamos usar a equação da energia:
Calcular o trabalho com:
E a equação da entropia:
Passo 2
No estado 1, como a temperatura de saturação (olhando na tabela B.1.2) pra 1 MPa é mais baixa que 500 °C, então temos vapor superaquecido.
Vamos olhar, então, na tabela B.1.3:
- volume específico:
E já calculando a massa:
- energia interna específica:
- entropia específica:
Passo 3
No estado 2, repara comigo que a temperatura de saturação a 500 kPa é 151,86°C e nós vamos baixar até 100°C. Isso quer dizer que o pistão vai bater nos esbarros de baixo e vai continuar baixando a temperatura, então vai formar duas fases.
Calculando o volume específico:
Olhando na tabela B.1.1, pra 100°C, vemos quer: (confirmando que temos duas fases).
Calculando o título:
Calculando a energia interna específica:
Calculando a entropia específica:
Passo 4
Calculando o trabalho:
E usando a equação da energia:
E usando a equação da entropia: (onde )