Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 38
Um arranjo pistão-cilindro isolado contém 0,05 m³ de vapor de refrigerante-134a saturado a uma pressão de 0,8 MPa. O refrigerante então se expande de forma reversível até que a pressão caia para 0,2 MPa. Determine a variação da exergia do refrigerante durante esse processo e o trabalho reversível. Considere que a vizinhança está a 25 °C e 100 kPa.
Passo 1
Oi pessoal, tudo bem?
Bem, inicialmente assumiremos que:
1. As mudanças de energia cinética e potencial são insignificantes.
2. O cilindro é bem isolado e, portanto, a transferência de calor é insignificante.
3. A energia térmica armazenada no próprio cilindro é insignificante.
4. De acordo com o enunciado, o processo é reversível.
5. Portanto, o processo é isentrópico. Então
Assim, devemos lembrar da definição da variação de exergia para um sistema fechado, dado por:
Obs: Da tabela A-11 a A-13 do livro, podemos encontrar as propriedades para o Refrigerante R-134ª.
Passo 2
Primeiro, temos que o refrigerante se encontra em vapor saturado a pressão de . Portanto, das tabelas:
Desse modo, podemos encontrar a massa:
Após a expansão, a pressão se torna , e assumindo que há mistura, devemos encontrar o seu título:
Assim, podemos encontrar os novos valores de energia interna e volume específico após a expansão:
E
Passo 3
A saída de trabalho reversível, que representa a saída máxima de trabalho , pode ser determinada a partir do balanço de exergia definindo a destruição da exergia igual a zero:
Portanto, a variação da exergia do refrigerante durante esse processo e o trabalho reversível são idênticos neste caso, assim:
Substituindo os valores e resolvendo a equação, temos:
Resposta
Portanto: