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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 47

Um tanque rígido de 12 p é s 3 contém refrigerante-134a a 40 psia e título de 55%. Calor é transferido para o refrigerante de uma fonte a 120 °F até que a pressão aumente para 60 psia. Considerando que a vizinhança está a 75 °F, determine (a) a quantidade de calor entre a fonte e o refrigerante e (b) a exergia destruída durante esse processo.

Passo 1

Vamos primeiro coletar algumas propriedades do R-134a analisando a sua tabela termodinâmica, assim:

  • Para as condições iniciais, teremos:

    • u 1 = u l + x u l v = 21,246   B t u / l b m + 0,55 × 77,307   B t u / l b m = 63,76   B t u / l b m

    s 1 = s l + x s l v = 0,04688   B t u / l b m ⋅ R + 0,55 × 0,17580   B t u / l b m ⋅ R = 0,1436   B t u / l b m ⋅ R

    υ 1 = υ l + x υ l v = 0,0132   p é s 3 / l b m + 0,55 × 1,16368   p é s 3 / l b m = 0,65234   p é s 3 / l b m

  • Para as condições finais, teremos:

υ 1 = υ 2

x = υ 2 - υ l υ v - υ l = 0,65234 - 0,01270 0,79361 - 0,01270 = 0,8191

s 2 = s l + x 2 s l v = 0,062029   B t u / l b m ⋅ R + 0,8191 × 0,16098   B t u / l b m ⋅ R = 0,1922   B t u / l b m ⋅ R  

u 2 = u l + x 2 u l v = 27,939   B t u / l b m + 0,8191 × 73,360   B t u / l b m = 88,03   B t u / l b m

Passo 2

O balanço de energia considerando o tanque como sistema ficará da seguinte maneira:

Q = Δ U ^

Note que a variação de energia cinética e potencial são desprezíveis, e também não temos nenhum tipo de trabalho no processo.

A massa do refrigerante pode ser dada pela seguinte expressão:

m = V υ 1 = 12   p é s 0,65234   p é s / l b m = 18,4   l b m

Assim, teremos que o calor transferido será:

Q = 18,4   l b m × 88,03   B t u / l b m - 63,76   B t u / l b m = 446,3   B t u

Passo 3

A exergia destruída é dada pela seguinte expressão:

X d e s t r u í d a = T 0 S g e r

Vamos então descobrir a entropia gerada para utilizar na expressão, assim:

S g e r = Δ S s i s t e m a - Q T f o n t e

S g e r = 18,4   l b m × 0,1922   B t u / l b m ⋅ R   - 0,1436   B t u / l b m ⋅ R   - 446,3   B t u 580   R

S g e r = 0,12475   B t u / R

Daí,

X d e s t r u í d a = 535   R × 0,12475 B t u R = 66,7 B t u

Resposta

Assim,

  1. 446,3 Btu;
  2. 66,7 Btu.
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