A Fig. P12.119 mostra um conjunto cilindro-pistão onde o atrito entre o pistão e o cilindro é desprezível. Inicialmente, o conjunto contém hélio, o volume da câmara é igual a , a pressão é e a temperatura é igual a ambiente . Os esbarros estão montados de modo que o volume máximo da câmara é igual a e o nitrogênio, disponível na tubulação, está a e . A válvula é aberta e o nitrogênio escoa para o conjunto. A válvula só é fechada quando a pressão na câmera atinge e, nesta condição, a temperatura da mistura é igual a . Verifique se este processo viola a segunda lei da termodinâmica.

Agora, temos que calcula a transferência de calor do nosso sistema, aplicando a equação de energia:

Considerando um fluido incompressível:

Abrindo a equação de transferência de calor:

Agora, precisamos calcular os mols dos componentes presentes e suas frações molares.

Componente B:

Componente 2:

Componente A:

Frações molares:

Voltando na equação de transferência de calor:

As propriedades dos gases foram obtidas na Tabela A.5.

Substituindo os dados:

Seguindo nosso problema, devemos aplicar a equação de entropia para verificarmos se o processo obedece a 2ª Lei, então:

Rearranjando essa equação:

Calculando os termos dessa equação:

Substituindo os dados na equação de entropia, temos: os dados na equação de entropia, temos:

Como:

E assim terminamos nossa questão.

Até a próxima!