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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 64

64- Um tanque rígido e selado contém amônia a 0   ° C e título desconhecido. A amônia é aquecida num processo e a pressão se torna igual a 1.2   M P a quando a temperatura atinge 100   ° C .

Determine o título inicial da amônia, a transferência de calor e a entropia gerada nesse processo.

Passo 1

Sua prova é amanhã? Se sim, vamos correndo resolver essa questão, senão vamos correndo também por que o processo é ligeiro.

Anotando as propriedades do estado inicial nós temos:

T 1 = 0   ° C ; x = ?

E o estado final é:

T 2 = 100   ° C ; P 2 = 1.2   M P a

Vamos focar no estado 2 (estado final) por enquanto. Pela tabela B . 2.2 temos que a amônia a pressão de 1200   k P a e 100   ° C tem a seguinte entropia e o seguinte volume específico:

ν 2 = 0.1435   m 3 / k g

s 2 = 5.53 25   k J / k g K

h 2 = 1658 k J k g K → u 2 = h 2 - p ν = 1485.8   k J / k g K

Passo 2

E como tanque é rígido então temos que nem o volume se altera e nem a massa da amônia se altera. Logo o volume específico inicial é o mesmo do final

ν 1 = ν 2 = 0.1435   m 3 / k g

Então pela tabela B . 2.1 vemos que os volumes específicos da amônia a 0   ° C são:

ν l = 0.001566 m 3 k g ; ν l v = 0.28783 m 3 k g

Então a titulação será:

ν 1 = ν l + x ν l v

0.1435 = 0.001566 + 0.28783 x

O que nos dá:

x = 0.493

É uma parte da resposta já, vamos em adiante por que a batalha não acabou

Passo 3

Agora vamos ver quanto foi a transferência de calor nesse processo.

Ainda no estado inicial, beleza encontramos a titulação, mas vamos parar por aí? Não, né podemos com essa titulação encontrar a energia interna inicial e a entropia inicial né.

Então:

s 1 = 0.7114 + 0.493 × 4.6199 = 2.99   k J / K

E:

u 1 = h l - p s a t ν l + x h l v - p s a t ν l v

u 1 = 180.36 - 429.6 × 0.001566 + 0.493 1261.9 - 429.6 × 0.28783 = 740.84   k J / k g K

Então a transferência de calor (por k g   por que não tem como saber quando de massa de amônia tem no tanque)

q = u 2 - u 1 = 1485.8 - 740.84 = 744.96   k J / k g

Outra parte da questão respondida, mais um golpe para matarmos a fera

Passo 4

Agora a entropia gerada no processo é dada pela seguinte fórmula

s g e r a d a = Δ s - d Q T

Ou seja:

s g e r a d a = s 2 - s 1 - u 2 - u 1 T 2 - T 1

s g e r a d a = 5.5325 - 2.99 - 744.96 100 + 273 = 0.5453   k J / k g K

Lembrando que T é quanto a temperatura sobe ou desce, desde que seja em Kelvin.

Finalizamos a questão! Espero que tudo tenha corrido bem

Resposta

x = 0.493

q = 744.96   k J / k g

s g e r a d a = 0.5453   k J / k g K

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