Enunciado
Termodinâmica - Sonntag, R.E. e Borgnakke, C. -Fundamentos da Termodinâmica- Ed: 1º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 54
Um quilograma de amônia líquida saturada, a , está contido em um arranjo cilindro-pistão com mola. Calor é transferido de um reservatório a até que a amônia atinja a condição final de e . Determine o trabalho, a transferência de calor e a geração de entropia, considerando que o processo é internamente reversível.
Passo 1
Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!
Nós temos os seguintes dados, fornecidos pelo enunciado:
Primeiro, vamos configurar as equações principais para resolver este problema. Para calcular a transferência de calor necessária, usaremos a equação de energia para nosso volume de controle de amônia para obter:
Para calcular o trabalho linear da mola, vamos configurar uma equação linear elementar que desenvolveremos mais tarde:
Para calcular a geração de entropia, usaremos a equação de entropia
Passo 2
A partir do texto do problema, sabemos que nossa substância é líquida saturada no estado 1, portanto, da TABELA B.2.1 correspondente a e , obteremos pressão do estado 1, volume específico, entropia e energia interna:
Da tabela B.2.2, com valores correspondentes a e , obteremos o volume específico do estado 2, entropia e energia interna:
Em seguida iremos para a TABELA B.2.1 e obteremos a energia interna do vapor saturado correspondente a para verificar se nossa energia interna é maior que isso.
Nós podemos ver que:
O que significa que nossa substância está realmente na região superaquecida.
Passo 3
Antes de calcularmos o trabalho linear da mola, temos que desenvolver a equação (2). Como este problema é sobre pistão com mola, sabemos que a pressão é linear em volume. Vamos simplificar a derivação matemática desta fórmula. Dividimos a área sob a linha em triângulo e retângulo:
Desenvolvendo os termos,
Um pouco mais...
E temos que
Fazendo a substituição,
Passo 4
Calculando a transferência de calor usando a equação (1):
Com isso,
Calculando a geração de entropia usando a equação (3):
Fazendo a substituição
Portanto,