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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 134

Um conjunto cilindro-pistão contém 2 kg de água a 20 ° C e 100   k P a . A água é então aquecida até 300 ° C a partir da transferência de calor de um reservatório a 500 ° C . Sabendo que a pressão necessária para que o pistão indicado na Fig. P8.134 inicie seu movimento é 1000   k P a , determine o volume final, o trabalho realizado, o calor transferido e a geração de entropia nesse processo.

Passo 1

Fala galera, bora pra mais uma resolução de termodinâmica!

Começamos o problema analisando o estado inicial do sistema, pela Tabela B.1.1 obtemos algumas propriedades da água saturada sob a temperatura de 20°C:

v 1 = 0,001002   m 3 / k g

u 1 = 83,94   k J / k g

s 1 = 0,2966   k J / k g ⋅ K

Sabendo que temos 2   k g de água, conseguimos calcular o volume inicial do sistema:

v 1 = V 1 m → V 1 = m ⋅ v 1

V 1 = 2 ⋅ 0,001002

V 1 = 0,002   m 3

Passo 2

Agora analisaremos o estado final do sistema, e pela Tabela B.1.3 obteremos algumas propriedades da água superaquecida a 300 ° C e 1000   k P a :

v 2 = 0,25794   m 3 / k g

u 2 = 2793,2   k J / k g

s 2 = 7,1228   k J / k g ⋅ K

Calculando o volume final do sistema:

v 2 = V 2 m → V 2 = m ⋅ v 2

V 2 = 2 ⋅ 0,25794

V 2 = 0,51588   m 3

Passo 3

Calculando o trabalho realizado:

W 12 = ∫ p d V = p 2 ( V 2 - V 1 )

W 12 = 1000 ⋅ 0,51588 - 0,002

W 12 = 513,9   k J

Calculando a transferência de calor:

Q 12 = m u 2 - u 1 + W 12

Q 12 = 2 ⋅ 2793,2 - 83,94 + 513,9

Q 12 = 5932,4   k J

Calculando a geração de entropia:

S 12 g e r = m s 2 - s 1 - Q 12 T r e s e r v

Com:

T r e s e r v = 500 ° C = 773   K .

S 12 g e r = 2 ⋅ 7,1228 - 0,2966 - 5932,4 773

S 12 g e r = 5,978   k J / K  

Ae! Chegamos ao final!

Viu, não foi tão difícil assim!

Resposta

V 2 = 0,5188   m 3

W 12 = 513,9   k J

Q 12 = 5932,4   k J

S 12 g e r = 5,978   k J / K  

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