Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 96
A Fig. P8.96 mostra dois tanques conectados, termicamente, através de uma bomba de calor. Cada tanque contém de nitrogênio e, inicialmente, a temperatura e a pressão são uniformes e iguais a e nos dois tanques. A bomba de calor, então, inicia a operação que só é interrompida quando a temperatura do nitrogênio num dos tanques atinge . Admitindo que os tanques são adiabáticos e que o calor específico do nitrogênio é constante, determine as pressões e temperaturas finais nos tanques e o trabalho consumido na bomba de calor.
Passo 1
Opa, tudo bem? Vamos analisar essa questão.
Como o tanque B está recebendo calor ele deve ser o que estará ao final do processo com temperatura de .
O volume é constante então o trabalho gerado pelos fluidos é nulo.
A energia interna gerada pelo fluido é dada por:
O calor transferido será igual à energia interna pois o trabalho é nulo:
A pressão no tanque é dada por:
Passo 2
Como o processo é reversível a variação de entropia total é nula, portanto:
Logo:
Podemos aproximar para:
Portanto:
De posse da temperatura, podemos encontrar a pressão:
Passo 3
O calor retirado da fonte fria através da bomba é de:
O sinal negativo indica que o calor foi retirado do sistema.
Temos que o trabalho de bomba mais o calor retirado da fonte A, formam o calor fornecido à fonte B: