6.39-Cinco quilogramas de água contidos em um conjunto cilindro-pistão são expandidos a partir de um estado inicial, em que T2=400ºC e p2=700 kPa, até um estado final, em que T2=200ºC e p2=300 kPa. Não ocorrem efeitos significativos com relação às energias cinética e potencial. A tabela a seguir fornece dados adicionais em dois estados. Afirma-se que a água passa por um processo adiabático entre esses estados enquanto produz trabalho. Avalie essa afirmativa.
Passo 1
Antes de começar, você pode iniciar avaliando quais as considerações a se fazer, com base no que foi dito no enunciado.
As considerações que você pode fazer são:
-Sistema fechado, pois se trata de um conjunto cilindro-pistão;
-Processo adiabático, Q=0;
-Sem variação de energia cinética e potencial.
Passo 2
Nessa questão foi pedido a você que avalie a afirmativa de que o processo em que a água passa é um processo adiabático. Lembrando que, um processo adiabático é um processo que não ocorre transferência de calor, Q=0.
Para avaliar essa afirmativa, então, você pode usar a segunda lei da termodinâmica para verificar se o processo nas condições de temperatura e pressão ditas no enunciado, podem ocorrer ou não.
Vamos relembrar que a segunda lei da termodinâmica diz que a variação de entropia de um sistema isolado, isto é, um sistema adiabático, é sempre maior ou igual a zero, caso contrário, o processo não pode ocorrer
Passo 3
Então, vamos calcular a variação de entropia do processo
Você pode calcular a variação de entropia do processo a partir de um balanço de entropia, cuja expressão é
Onde,
-m é a massa do fluido;
-Q, é o calor transferido;
-T é a temperatura;
-ΔS é a variação de entropia, em unidades de kJ/K;
-, é entropia especifica do estado 2, em unidades de kJ/kgK;
-, é entropia especifica do estado 1, em unidades de kJ/kgK;
-σ é a taxa de geração de entropia;
Você já sabe que não há transferência de calor no processo, Q=0, pois é um processo adiabático, como foi dito no enunciado, então o balanço de entropia fica simplificado como
Passo 4
Agora, para calcular a variação de entropia, basta você usar os dados da tabela fornecida lá em cima
Pegando os valores da tabela e aplicando na equação da variação de entropia
Passo 5
Vamos agora analisar o resultado com base na segunda lei da termodinâmica.
Como a segunda lei da termodinâmica diz que a variação de entropia é sempre maior ou igual a zero, e você pode ver que o valor encontrado foi negativo.
Portanto, você pode concluir que o processo, nas condições de temperatura e pressão atribuídas, não é possível de ocorrer de forma adiabática.
Resposta
O processo descrito não é possível de ocorrer de forma adiabática, pois desrespeita a segunda lei da termodinâmica.