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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 62

62 O estado final da expansão não resistida descrita no prob 5.48 é uma mistura bifásica. Determine a entropia gerada neste processo de expansão.

Passo 1

Bom.. pra essa equação vamos usar a equação:

m s 2 - s 1 = ∫ d Q T + S g e r

E também a equação da energia:

Δ U = Q - W

Ahhh... e tabelas lá do final do livro.

Passo 2

Bom... como o tanque é isolado termicamente, então não tem troca de calor. E como o volume é fixo, então o trabalho é zero.

Δ U = Q - W

Δ U = 0

m u 2 - u 1 = 0

u 2 = u 1

Guarda isso que vamos usar depois.

Passo 3

Pro estado inicial... Se a gente olhar na tabela B.1.1 qual a pressão de saturação pra 360°C vamos ver que é menor que 20 MPa, então vamos vamos ter água líquida comprimida.

Olhando os dados na tabela B.1.4:

- a energia interna específica inicial:

u 1 = 1702,8   k J / k g

- a entropia específica inicial:

s 1 = 3,877   k J / k g K

- o volume específico inicial:

v 1 = 0,001823   m 3 / k g

E com isso achar a massa:

m = V r e a t o r v 1

m = 1 0,001823

m = 548,5   k g

Passo 4

E pro estado final a gente tem a pressão, que é 200 kPa, e a energia interna específica, né:

u 2 = u 1

u 2 = 1702,8   k J / k g

Bom.. com esses dois dados a gente vai ter que procurar pelas tabelas qual o estado da água...

Olhando na tabela B.1.2, na linha de 200 kPa... dá pra ver que o valor de u 2 ta entre o valor do líquido saturado e do vapor saturado, então temos duas fases.

e como temos duas fases vamos precisar calcular o título.

Passo 5

Calculando o título, então, usando a energia interna específica:

u 2 = 1 - x 2 u l + x 2 u v

1702,8 = 1 - x 2 × 504,47 + x 2 × 2529,49

x 2 = 0,59176   m 3 / k g

Com o título a gente pode calcular a entropia específica final:

s 2 = 1 - x 2 s l + x 2 s v

s 2 = 1 - 0,59176 × 1,5300 + 0,59176 × 7,1271

s 2 = 4,8421   k J / k g K

Passo 6

Agora só falta calcular a entropia gerada:

m s 2 - s 1 = ∫ d Q T + S g e r

548,5 × 4,8421 - 3,877 = S g e r

S g e r = 529,4   k J / K

Resposta

S g e r = 529,4   k J / K

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