Responde Aí
Acesse com GoogleAcesse com AppleAcesse com Facebook

Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 46

Um bloco de ferro de 50 kg e um bloco de cobre de 20 kg, ambos inicialmente a 80 °C, são jogados em um grande lago que está a 15 °C. O equilíbrio térmico é estabelecido após algum tempo, como resultado da transferência de calor entre os blocos e a água do lago. Considerando que a vizinhança está a 20 °C, determine a quantidade de trabalho que poderia ter sido produzida se todo o processo fosse executado de forma reversível.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem?

Bem, inicialmente assumiremos que:

1. Os blocos de ferro e cobre e a água são substâncias incompressíveis com aquecimentos específicos constantes à temperatura ambiente temperatura.

2. As energias cinética e potencial são desprezíveis.

Obs: Da tabela A-3 do livro, podemos encontrar as propriedades para o ferro e o cobre:

c p f e r r o = 0,45 k J k g 0 C                 e                 c p c o b r e = 0,386 k J k g 0 C

Passo 2

O balanço de energia do sistema, tomando todo o conteúdo do tanque como um sistema:

E e n t - E s a i = Δ E s i s t e m a                             → - Q s a i = Δ U = Δ U f e r r o + Δ U c o b r e

Então:

Q s a i = m c T 2 - T 1 f e r r o + m c T 2 - T 1 c o b r e  

Substituindo os valores, temos:

Q s a i =   50 * 0,45 353 - 288   K f e r r o + 20 * 0 , 386 353 - 288 á g u a           → Q s a i = 1964   K J  

Passo 3

O trabalho que poderia ter sido produzido é igual ao potencial de trabalho desperdiçado. É equivalente à destruição da exergia (ou irreversibilidade) e pode ser determinado a partir de sua definição X d e s t r = T 0 S g e r .

A geração de entropia é determinada a partir de equilíbrio de entropia em um sistema estendido que inclui os blocos e a água em seu entorno imediato, de forma que temperatura limite do sistema estendido é a temperatura da água do lago em todos os momentos:

S e n t - S s a i + S g e r = Δ S s i s t e m a                         → - Q s a i T b + S g e r = Δ S s i s t e m a = Δ S c o b r e + Δ S f e r r o

Rearranjando termos:

S g e r = Δ S c o b r e + Δ S f e r r o + Q s a i T b

Sendo que:

Δ S = m c ln ⁡ T 2 T 1

Portanto:

Δ S f e r r o = 5 0 * 0,45 * ln ⁡ 2 88   K 3 53   K = - 4 , 5 7 9 k J K

E

Δ S c o b r e = 20 * 0,386 * ln ⁡ 2 88   K 35 3   K = - 1,571 k J K

Então, substituindo os valores e resolvendo:

X d e s t r = T 0 S g e r = 293 * - 4 , 5 7 9 - 1,571 + 1964 288   K = 196   K J  

Resposta

Portanto: X d e s t r = 196   K J

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Uma bebida enlatada gelada é deixada em uma sala aquecida e sua temperatura se eleva como resultado da transferência de calor. Esse é um processo reversível? Explique
Por que um processo de compressão que não é de quase-equilíbrio requer um maior fornecimento de trabalho que o processo de quase-equilíbrio correspondente?
Um tanque rígido é dividido em duas partes iguais por uma partição. Uma parte do tanque contém 4 kg de água líquida comprimida a 200 kPa e 80 °C, enquanto a outra parte está evacuada. A partição é ent
Reconsidere o Prob 8-34. Usando o ESS (ou outro programa), estude o efeito da pressão final no tanque sobre a exergia destruída durante o processo. Trace um gráfico para a exergia destruída em função
Um arranjo pistão-cilindro contém 5 kg de refrigerante-134a a 0,7 MPa e 60 °C. O refrigerante é então resfriado a uma pressão constante até que se torne um líquido a 24 °C. Considerando que a vizinhan