Um arranjo pistão-cilindro contém inicialmente 0,75 kg de refrigerante-134a a 120 kPa e 20 °C. Calor é então transferido para o refrigerante de uma fonte a 150 °C, e o pistão, que está apoiado em um conjunto de batentes, começa a se mover quando a pressão interna atinge 140 kPa. A transferência de calor continua até que a temperatura atinge 90 °C. Considerando que a vizinhança está a 25 °C e 100 kPa, determine (a) o trabalho realizado, (b) a transferência de calor, (c) a exergia destruída e (d) a eficiência de segunda lei desse processo.

Bem, sabemos que inicialmente o refrigerante está com e . Então, a partir das tabelas termodinâmicas, podemos encontrar:

E no estado 2, sabemos do enunciado que e . Então:

Letra a) Assim, observando que a pressão permanece constante a 140 kPa, o trabalho de fronteira é determinado como:

Letra b) A transferência de calor pode ser determinada a partir de um balanço de energia no sistema:

Então, substituindo os valores, temos:

Letra c) A destruição da exergia (ou irreversibilidade) e pode ser determinado a partir de sua definição .

A geração de entropia é determinada a partir de equilíbrio de entropia em um sistema estendido que os dispositivos de cilindro e pistão em seu entorno imediato, de forma que temperatura limite do sistema estendido onde ocorre a transferência de calor seja a temperatura da fonte. Então:

Rearranjando termos:

Então, substituindo os valores e resolvendo:

Letra d) A exergia gasta é o potencial de trabalho do calor extraído da fonte a 150 ° C. Assim:

Substituindo os valores, temos:

Então, a eficiência da segunda lei se torna: