Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 201
Considere uma garrafa rígida vazia de volume V que está exposta à atmosfera, cuja pressão é e temperatura é Uma válvula no gargalo da garrafa é então aberta, e o ar atmosférico escoa para dentro da garrafa. O ar admitido na garrafa acaba atingindo o equilíbrio térmico com a atmosfera em consequência da transferência de calor pela parede da garrafa. A válvula permanece aberta durante o processo, de forma que o ar admitido também atinge o equilíbrio mecânico com a atmosfera. Determine a transferência líquida de calor pela parede da garrafa durante esse processo de preenchimento, considerando as propriedades do sistema e do ar atmosférico.
Passo 1
Primeiro, vamos discutir quais são as considerações que vamos utilizar na questão e suas implicações:
Primeiro, este é um processo em regime transiente com fluxo uniforme.
Este é um gás ideal, sabemos que:
Depois, perceba que a massa final contida na garrafa é igual a massa que entra:
Além disso a não há trabalho sobre a garrafa, o que vai nos permitir usar a aproximação:
A questão afirma que a garrafa entra em equilíbrio térmico com o ar externo, isso quer dizer que:
Passo 2
Fazendo um balando de energia:
A energia final se dá quando a garrafa está cheia de ar e a energia é equivalente a energia interna do ar armazenado. A energia inicial é zero, já que a garra está inicialmente vazia. A energia que entra é a entalpia que entra com o fluxo de massa de ar. E a energia que sai é o resfriamento:
Isolando o calor:
Aplicando a lei dos gases ideais, chegamos que o calor transferido é: