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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 12.Problemas - Ex. 83

Dióxido de carbono inicialmente a 100   ° C e 1   M P a foi colocado em um tanque de volume constante e aquecido até 8   M P a . Determine a transferência de calor e a variação da entropia por unidade de massa do gás, usando (a) a hipótese de gás ideal, (b) os diagramas generalizados e (c) os dados de fluido real no EES ou em outras fontes.

Passo 1

Pessoal, a primeira coisa que dá pra fazer é encontrar a temperatura final do processo.

T 2 = T 1 P 2 P 1 = 100 + 273 8 1 = 2984   K

Vamos para a letra (a)! Usando os dados da tabela de gás ideal para o C O 2 (tabela A - 20 ),

h - 2 - h - 1 i d e a l = h - 2 , i d e a l - h - 1 , i d e a l = 161293 - 12269 = 149024 k J k m o l

s - 2 - s - 1 i d e a l = s ˙ 2 - s 1 ˙ - R u ln ⁡ P 2 P 1 = 333,770 - 222,367 - 8,314 ln ⁡ 8 1 = 94,115 k J k m o l ⋅ K

h 2 - h 1 i d e a l = h - 2 - h - 1 i d e a l M = 149024 44 = 3386,9   k J / k g

A transferência de calor é determinada a partir de um balanço de energia, notando que não há interação de trabalho:

q i d e a l = u 2 - u 1 i d e a l = h 2 - h 1 i d e a l - R T 2 - T 1

q i d e a l = 336,9 - 0,1889 2984 - 373

q i d e a l = 2893,7 k J k g

A variação de entropia é igual a:

∆ s i d e a l = s 2 - s 1 i d e a l = s - 2 - s - 1 i d e a l M = 94,115 44

∆ s d i a g = 2,1390 k J k g ⋅ K

Passo 2

Na letra (b) queremos o a transferência de calor e a variação da entropia usando os diagramas generalizados. O fator de compressibilidade e os desvios de entalpia e entropia do C O 2 são determinados dos diagramas generalizados, a partir dos seguintes dados de temperatura e pressão reduzidos:

T R 1 = T 1 T c r = 373 304,2 = 1,226

P R 1 = P 1 P c r = 1 7,39 = 0,135

Z 1 = 0976 ; Z h 1 = 0,1028 ; Z s 1 = 0,05987

E,

T R 2 = T 2 T c r = 2985 304,2 = 9,813

P R 2 = P 2 P c r = 8 7,39 = 1,083

Z 2 = 1,009 ; Z h 2 = - 0,1144 ; Z s 2 = - 0,002685

Assim,

q d i a g = u 2 - u 1 = h 2 - h 1 i d e a l - R T c r Z h 2 - Z h 1 - Z 1 R T 2 - T 1

q d i a g = 3386,9 - 0,1889 304,2 - 0,114 - 0,1028 - 0,976 0,1889 2887 - 373

q d i a g = 2935,9 k J k g

A variação de entropia é igual a:

∆ s d i a g = s 2 - s 1 i d e a l = R Z s 1 - Z s 2 + s 2 - s 1 i d e a l

∆ s d i a g = 0,1889 0,05987 - - 0,002685 + 2,139

∆ s d i a g = 2,151   k J / k g

Resposta

  1. q i d e a l = 2893,7 k J k g e ∆ s d i a g = 2,1390 k J k g ⋅ K
  2. q d i a g = 2935,9 k J k g e ∆ s d i a g = 2,151   k J / k g
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