A fim de resfriar 1   t o n de água a 20   ° C em um tanque isolado, uma pessoa despeja 80   k g de gelo a – 5   ° C dentro da água. Determine (a) a temperatura final de equilíbrio no tanque e (b) a exergia destruída durante esse processo. A temperatura de fusão e o calor de fusão do gelo à pressão atmosférica são de 0   ° C e 333,7   k J /   k g respectivamente. Considere T 0 = 20   ° C .

Passo 1

Vamos lá, estudantes! Uma tonelada ( 1000   k g ) de água deve ser arrefecida num tanque despejando gelo no mesmo. A temperatura de equilíbrio final no tanque e a destruição por esforço devem ser determinadas. (a) Tomamos o gelo e a água como o sistema, e desconsideramos qualquer transferência de calor entre o sistema e o ambiente. Então o balanço energético para este processo pode ser escrito como

Substituindo,

Isso nos da,

que é a temperatura de equilíbrio final no tanque.

Passo 2

(b) Tomamos o gelo e a água como nosso sistema, que é um sistema fechado. Considerando que o tanque está bem isolado e, portanto, não há transferência de calor, o balanço de entropia para este sistema fechado pode ser expresso como,

Onde,

Passo 3

Logo,

A exergia destruída durante um processo pode ser determinada a partir de um equilíbrio de exergia ou directamente a partir da sua definição,

Resposta

a )   T 2 = 12.42   ° C

b ) X d e s t r u í d a = 1815   k J

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