Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 112
Um arranjo pistão-cilindro contém inicialmente 8 pés3 de gás hélio a e . O hélio é comprimido em um processo politrópico () a e. Considerando que a vizinhança está a e , determine (a) o trabalho real útil consumido e (b) o mínimo consumo de trabalho útil necessário para esse processo.
Passo 1
Vamos lá, estudantes! Um cilindro inicialmente cheio com gás hélio em um estado especificado é comprimido politropicamente a uma temperatura e pressão especificadas. O trabalho realmente consumido e a entrada mínima de trabalho útil necessária devem ser determinados. (a) O hélio em condições especificadas pode ser tratado como um gás ideal. A massa de hélio é,
O expoente e o trabalho de fronteira para este processo politrópico estão determinados a ser
Passo 2
Em seguida, o trabalho de fronteira para este processo politrópico pode ser determinado a partir de
Também,
Portanto,
Passo 3
(b) Nós tomamos o hélio no cilindro como o sistema, que é um sistema fechado. Tomando o sentido da transferência de calor para ser do cilindro, o balanço de energia para este sistema fechado estacionário pode ser expresso como
Substituindo,
A geração total de entropia durante este processo é determinada pela aplicação do equilíbrio de entropia em um sistema estendido que inclui o cilindro e seu entorno imediato, de modo que a temperatura limite do sistema estendido seja sempre a temperatura do entorno. Isto dá
Onde a entropia de mudança do Hélio,
Passo 4
Rearranjando e substituindo, a entropia total gerada durante esse processo é:
O potencial de trabalho desperdiçado é equivalente à exergia destruída durante um processo, que pode ser determinada a partir de um equilíbrio de exergia ou diretamente de sua definição,
O trabalho mínimo com o qual este processo poderia ser realizado é o trabalho reversível, Wrev, no qual pode ser determinado diretamente de,
