Enunciado

Refrigerante 134a se expande em um conjunto cilindro-pistão a partir de 180 lbf/in 2 ( 1,2 MPa) e 140ºF (60ºC) até 30 Ibf/irr (206,8 kPa). A massa do refrigerante é 0,5 Ib (0,23 kg). Durante o processo, a transferência de energia por calor para o refrigerante a partir da vizinhança é de 1,2 Btu (1.3 kJ), enquanto o trabalho realizado pelo refrigerante é de 4,32 Btu

(4,56 kJ). Determine a temperatura final do refrigerante, em °F. Os efeitos das energias cinética e potencial são desprezíveis.

Passo 1

Ooopa, beleza?

Vamos lá pra mais uma questão bem interessante e simples de termodinâmica!

Passo 2

É dado que:

  • Massa: m = 0,5   l b
  • Pressão inicial: p 1 = 180   l b f / i n 2
  • Temperatura inicial: T 1 = 140 ° F
  • Pressão final: p 2 = 30   l b f / i n 2
  • Calor transferido para o sistema: Q = 1,2   B t u
  • Trabalho feito pelo refrigerante: W = 4,32   B t u

Passo 3

Pra gente achar a temperatura final, a gente primeiro faz o balanço de energia

Q - W = Δ U + Δ E C + Δ E P

Já que os efeitos de energia cinética e potencial são ignorados. A temperatura final vai eventualmente ser achada por fixando o estado 2 de alguma forma, e a única outra informação que podemos usar é energia interna específica. Então resolvemos para energia interna no estado 2, sabendo que

Δ U = m u 2 - u 1 → u 2 = Q - W m + u 1

Passo 4

As tabelas de R-134a superaquecido fixando o estado 1 em T 1 = 140 ° F e p 1 = 180   l b f / i n 2 de u = 113,83   B t u / l b . Substituindo na Equação obtida no Passo 3:

u 2 = 1,2   B t u - 4,32   B t u 0,5 l b + 113,83   B t u / l b = 107,59   B t u / l b

Em p 2 = 30   l b f / i n 2 e u 2 = 107,59   B t u / l b da tabela de vapor de R-134a superaquecido corresponde diretamente a T 2 = 80 ° F .

Resposta

T 2 = 80 ° F

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