Enunciado

62 A Fig. P5.62 mostra dois tanques, cada um apresentando volume de 1 m3, que estão conectados através de uma tubulação com válvula. Inicialmente, o tanque A contém refrigerante R-134a , a 20°C e o título igual a 15%, e o tanque B está evacuado. A válvula é, então, aberta e vapor saturado de refrigerante escoa para o tanque B até que ocorra o equilíbrio das pressões. Admitindo que o processo ocorra lentamente, de movo que a temperatura se mantenha constante igual a 20°C, calcule a transferência de calor total ao refrigerante durante o processo.

Passo 1

Vamos lá...

Nessa questão vamos usar a equação da energia:

m 2 u 2 - m A 1 u A 1 - m B 1 u B 1 = Q - W

E também vamos usar as tabelas do final do livro.

Passo 2

Para o estado A1, temos a temperatura e o título, então temos duas fases. Então vamos pegar os dados na tabela B.5.1.

- o volume específico:

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

v A 1 = 1 - 0,15 × 0,000817 + 0,15 × 0,03606

v A 1 = 0,006103   m 3 / k g

- a energia interna específica:

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

u A 1 = 1 - 0,15 × 227,03 + 0,15 × 389,19

u A 1 = 251,35   k J / k g

E já podemos achar a massa:

m A 1 = V A v A 1

m A 1 = 1 0,006103

m A 1 = 163,854   k g

Passo 3

Para o estado 2 a gente já tem a massa, como o B está vazio ( m B 1 = 0 ), então:

m 2 = m A 1

m 2 = 163,854   k g

O volume:

V 2 = V A + V B

V 2 = 2   m 3

Com isso a gente acha o volume específico, né:

v 2 = V 2 m 2

v 2 = 2 163,854

v 2 = 0,012206   m 3 / k g

Olhando na tabela B.5.1 ainda na linha de 20°C vemos que v l < v 2 < v v , então ainda temos duas fases. Daí a gente acha o título:

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

0,012206 = 1 - x 2 × 0,000817 + x 2 × 0,03606

x 2 = 0,3232

- calculando a energia interna:

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

u 2 = 1 - 0,3232 × 227,03 + 0,3232 × 389,19

u 2 = 279,44   k J / k g

Passo 4

Como o processo é a pressão constante (já que sempre tem duas fases no início e no final, a pressão vai ser sempre a de saturação), então o trabalho é nulo:

W = 0

Daí achamos a transferência de calor:

m 2 u 2 - m A 1 u A 1 - m B 1 u B 1 = Q - W

163,854 × 279,44 - 163,854 × 251,35 - 0 = Q - 0

Q = 4603   k J

Resposta

Q = 4603   k J

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