Enunciado

Conforme ilustrado na Fig. P3.85, um conjunto cilindro-pistão contém 0,5 kg de amônia, inicialmente a T1 = -20°C e um título de 25%. Conforme a amônia é lentamente aquecida até o estado final, em que T2 = 20°C e p2 = 0,6 MPa, sua pressão varia linearmente com o volume específico. Os efeitos das energias cinética e potencial não são significativos. Para a amônia, (a) mostre o processo em um diagrama p–υ e (b) determine o trabalho e a quantidade de calor transferida, ambos em kJ.

Passo 1

Ooopa, beleza?

Vamos lá pra mais uma questão bem interessante de termodinâmica!

Passo 2

a) Desenhando o diagrama p v

Passo 3

b) Pegando as propriedades da amônia da Tabela A-13 “Propriedades de Amônia Saturada” com temperatura T 1 = - 20 ° C

  • p 1 = p s a t = 1,9019   b a r
  • v f = 1,5038 ⋅ 10 - 3   m 3 / k g
  • v g = 0,6233   m 3 / k g
  • u f = 88,4   k J / k g
  • u g = 1299,23   k J / k g

Calculando o volume específico no estado 1

v 1 = v f + x 1 v f g 1 = 1,5038 ⋅ 10 - 3   m 3 / k g + 0,25 0,6233 - 1,5038 ⋅ 10 - 3 m 3 / k g

→ v 1 = 0,15695   m 3 / k g

Calculando a energia interna específica no estado 1

u 1 = u f + x 1 u f g 1 = 88,4   k J / k g + 0,25 1299,23 - 88,4   k J / k g

→ v 1 = 391,1075   m 3 / k g

Pegando da Tabela A-15 “Propriedades de Amônia Superaquecida” as propriedades da amônia com T 2 = 20 ° C e p 2 = 0,6   M P a

  • v 2 = 0,22155   m 3 / k g
  • u 2 = 1347,62   k J / k g

Passo 4

Agora vamos calcular o trabalho feito

W 1 - 2 = m p 1 + p 2 2 v 2 - v 1

= 0,5   k g 190190 + 600000 2 P a 0,22155 - 0,15695 m 3 / k g

W 1 - 2 = 12,762   k J

Passo 5

Calculando a transferência de calor usando o balanço de energia

Q 1 - 2 = Δ U + W 1 - 2 = m u 2 - u 1 + W 1 - 2

= 0,5 \ m k g 1347,62 - 391,1075 k J / k g + 12,762   k J / k g

Q 1 - 2 = 491,02   k J

Resposta

W 1 - 2 = 12,762   k J

Q 1 - 2 = 491,02   k J

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