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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 83

Um recipiente de aço, com massa igual a 12   k g , contém 0,2   k g de água. Inicialmente, a pressão na água e a temperatura do conjunto água recipiente são iguais a 1,0   M P a e 200   ° C . O conjunto é então resfriado até que a temperatura atinja 30   ° C . Determine a transferência de calor e a geração global de entropia nesse processo.

Passo 1

Opa, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

Sabemos que a transferência de calor é dada por:

Q 1 → 2 = m u 2 - u 1

Já que o processo é realizado à volume constante fazendo com que o trabalho seja nulo.

Aqui temos o aço e a água como compostos de trabalho. Por isso devemos considerar a transferência dos dois. Nossa equação ficará assim:

Q 1 → 2 = m a ç o c a ç o T 2 - T 1 + m á g u a u 2 - u 1 á g u a

Agora vamos às análises dos estados para descobrir estes valores.

Analisando o estado 1 que tem água superaquecida, temos que:

u 1 = 2621,9   k J / k g

v 1 = 0,20596   m 3 / k g

s 1 = 6,639   k J / k g K

Para o estado 2 , como o processo é realizado à volume constante, o volume especifico permanece o mesmo:

v 2 = v 1

Podemos então descobrir o título:

x 2 = 0,20596 - 0,001004 32,8922

x 2 = 0,006231

Passo 2

Com este dado, podemos obter a energia interna específica e a variação de entropia específica:

u 2 = u l 2 + x 2 u l v 2

u 2 = 125,77 + 0,006231 2290,81

u 2 = 140,04   k J / k g

s 2 = s l 2 + x 2 s l v 2

s 2 = 0,4369 + 0,006231 8,0164

s 2 = 0,48685   k J / k g K

A transferência de calor será:

Q 1 → 2 = m a ç o c a ç o T 2 - T 1 + m á g u a u 2 - u 1 á g u a

Q 1 → 2 = 12 0,42 30 - 200 + 0,12 140,04 - 2621,9

Q 1 → 2 = - 1353,2   k J

A geração de entropia será:

S 1 → 2 g e n = m 2 s 2 - m 1 s 1 - Q 1 → 2 T a m b

S 1 → 2 g e n = m a ç o c a ç o ln ⁡ T 2 T 1 + m á g u a s 2 - s 1 á g u a - Q 1 → 2 T a m b

S 1 → 2 g e n = 12 0,42 ln ⁡ 303 473 + 0,2 0,48685 - 6,6939 - - 1353,2 303

S 1 → 2 g e n = 0,9787   k J / K

Resposta

∆ S l i q = 0,265   k J / K

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