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Enunciado

Termodinâmica - Sonntag, R.E. e Borgnakke, C. -Fundamentos da Termodinâmica- Ed: 1º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 46

Um conjunto cilindro-pistão contém 2,5   k g de amônia a 50   k P a e - 20 ° C . A amônia é então aquecida até 50 ° C , a pressão é constante, através do fundo do cilindro por meio de um gás a 200 ° C . Determine a transferência de calor para a amônia e a geração total de energia.

Passo 1

Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!

Nós temos os seguintes dados, fornecidos pelo enunciado, com isso, nós temos que

m = 2,5   k g

p 1 = p 2 = 50   k P a

T 1 = 253,15   K

T 2 = 323,15   K

T h , g = 473,15   K

Primeiro vamos configurar as três equações principais necessárias para resolver este problema. Para calcular a transferência de calor necessária, usaremos a equação de energia para nossa massa de controle, com isso, obtemos:

Q 2 = m u 2 - u 1 + W 2   ( 1 )

Para calcular o trabalho isobárico,

W 2 = ∫ 1 2 p   d V = p m v 2 - v 1   ( 2 )

E para a última das três equações, vamos calcular a geração de entropia usando a equação de entropia

m s 2 - s 1 = ∫ Q 2 T r e s + S 2 g e n   ( 3 )

Meio de campo formado, vamos partir para resolver a questão. Primeiro vamos obter algumas propriedades da amônia das tabelas. Da Tabela B.2.2 correspondentes a T 1 e p 1 , obteremos o volume específico e a entropia do estado 1:

s 1 = 6,3187 k J k g   K

u 1 = 1312,3 k J k g

v 1 = 2,4463 m 3 k g

Em seguida iremos para a tabela B.2.1 e obteremos a energia interna do vapor saturado u g ​ correspondente a T 1 para verificar se nossa energia interna é maior que isso.

u g = 1269,6 k J k g

Nós podemos ver que

u 1 = 1312,3 > u g = 1269,6

O que significa que nossa substância está realmente na região superaquecida.

Passo 2

Agora que sabemos que estamos na região superaquecida, da tabela B.2.2 correspondentes a T 2 e p 2 vamos obter o volume específico do estado 2, entropia e energia interna:

s 2 = 6,8379 k J k g   K

u 2 = 1426,3 k J k g

v 2 = 3,1435 m 3 k g

Calculando o trabalho isobárico reversível usando a equação (2):

W 2 = 2,5 ∙ 50 3,1435 - 2,4463

Com isso,

W 2 = 87,15   k J

Já para o caso da transferência de calor, usando a equação (1)

Q 2 = 2,5 ∙ 1426,3 - 1312,3 + 87,15

Portanto,

Q 2 = 372,15   k J

Calculando a geração de entropia total usando a equação (3):

S 2 g e n = m s 2 - s 1 - Q 2 T h , g

Novamente, fazendo a substituição

S 2 g e n = 2,5 6,8379 - 6,3187 + 372,15 = 0,511 k J K

Resposta

Q 2 = 225,96   k J

S 2 g e n = 0,511 k J K

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