Enunciado

Qual será o potencial de trabalho do ar no recipiente cheio do problema anterior, considerando que ele está de tal maneira preenchido que a pressão e a temperatura finais são as mesmas que na linha de fornecimento? A temperatura do meio ambiente circundante é de 80   ° F . Observe que o recipiente não pode ser adiabático nesse caso e pode trocar calor com o ambiente natural.

Passo 1

Então galera, um tanque rígido que é inicialmente evacuado é enchido por ar a partir de uma linha de abastecimento. O potencial de trabalho associado a este processo deve ser determinado.

Passo 2

Nós tomamos o tanque como o sistema, que é um volume de controle desde que a massa atravessa o limite. Observando que as energias microscópicas de fluidos e não fluidos são representadas pela entalpia h e energia interna u, respectivamente, os balanços de massa e energia para este sistema de fluxo uniforme podem ser expressos como

m i n - m o u t = Δ m s i s t e m a → m i = m 2

Fazendo um equilíbrio de energia:

E i n - E o u t = Δ E s i s t e m a

m i h i - Q o u t = m 2 u 2

Combinando esses dois equilíbrios:

Q o u t = m 1 h 1 - m 2 u 2

Logo, a massa final no tanque é:

m 2 = m 1 = p V R T 2 = 150 ⋅ 40 0.3704 ⋅ 55 0 = 2 9 . 45   l b m  

Substituindo,

Q o u t = 1110   B t u

Passo 3

A exergia destruída durante um processo pode ser determinada a partir de um equilíbrio de exergia ou directamente a partir da sua definição X d e s t r u i d o = T 0 S g e n . A geração de entropia S g e n neste caso é determinada a partir de um equilíbrio de entropia no sistema:

S i n - S o u t + S g e n = Δ S s i s t e m a

S g e n = m 2 s 2 - m i s i + Q o u t T 0

S g e n = m 2 ( s 2 - s i ) + Q o u t T 0

Observando que tanto a temperatura como a pressão no tanque são as mesmas da linha de alimentação no estado final, substituindo as concessões,

W r e v = T 0 m 2 s 2 - s i + Q o u t T 0

= T 0 0 + Q o u t T 0 = T 0 Q o u t T 0 = Q o u t = 1110   B t u

Resposta

Q o u t = 1110   B t u

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