Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 185
Um bloco de 100 lbm de um material sólido, cujo calor específico é de 0,5 Btu/lbmR, está a 70 °F. Ele é aquecido com 10 lbm de vapor de água saturado cuja pressão constante é de 14,7 psia. Determine a temperatura final do bloco e da água e a variação da entropia (a) do bloco, (b) da água, e (c) do sistema inteiro. Esse processo é possível? Por quê?
Passo 1
Oi pessoal, tudo bem?
Primeiramente vamos assumir que:
1. O sistema é estacionário e, portanto, as mudanças de energia cinética e potencial são zero. 2. Não há interações de trabalho envolvidas.
3. Não há transferência de calor entre o sistema e os arredores.
À medida que o bloco é aquecido, parte do vapor de água será condensado. Vamos assumir (será verificado mais tarde) que a água é uma mistura de líquido e vapor no final do processo. Com base nessa premissa, a temperatura final do bloco de água e sólido é 212 ° F (a temperatura de saturação a 14,7 psia). O calor captado pelo bloco é:
Obs: A variação de temperatura em °F é a mesma em R (Rankine). Esta, por sua vez, é a unidade de medida de temperatura padrão americana.
Passo 2
Das propriedades iniciais da água, temos:
Então, a partir da tabela A-5E, podemos encontrar:
O calor liberado pela água é igual ao calor captado pelo bloco. Observando também que a pressão da água permanece constante, a entalpia da água no final do processo de troca de calor é determinada a partir de:
O estado da água no estado final é uma mistura saturada. Assim, nossa suposição inicial estava correta. Assim, propriedades da água em o estado final são:
O título da mistura no estado 2 pode ser encontrada a partir de:
Assim, sabendo disso, podemos encontrar a entropia no estado 2:
Passo 3
Letra a) Então, a variação de entropia do bloco:
Substituindo os valores, temos:
Letra b) A variação de entropia da água:
Substituindo os valores, temos:
Letra b) A variação de entropia total:
Resposta
Portanto:
Letra a)
Letra b)
Letra c)