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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 43

Um tanque rígido isolado é dividido em duas partes iguais por uma partição. Inicialmente, uma parte contém 3 kg de gás argônio a 300 kPa e 70 °C, e a outra parte está evacuada. A partição é então removida, e o gás preenche todo o tanque. Considerando que a vizinhança está a 25 °C, determine a exergia destruída durante esse processo.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem?

Bem, inicialmente assumiremos que:

1. O argônio é um gás ideal com calores específicos constantes.

Obs: Da tabela A-1 do livro, podemos encontrar a constante ideal do argônio:

R = 0 , 2 081 k P a   m 3 k g   K

Passo 2

O balanço de energia do sistema, tomando o tanque rígido como um sistema:

E e n t - E s a i = Δ E s i s t e m a                             → 0 = Δ U = m ( u 2 - u 1 )

Então u 2 = u 1 e T 2 = T 1 , desde que u = u ( T ) seja gás ideal.

A destruição da exergia (ou irreversibilidade) associada a esse processo pode ser determinada a partir de sua definição X d e s t r = T 0 S g e r , onde a geração de entropia é determinada a partir de um balanço de entropia no tanque rígido, que é um circuito fechado isolado sistema:

S e n t - S s a i + S g e r = Δ S s i s t e m a                         → S g e r = Δ S s i s t e m a = m ( s 2 - s 1 )

Sendo que, como trata-se de um gás ideal, podemos reescrever:

S g e r = m s 2 - s 1 = m c v ln ⁡ T 2 T 1 + R ln ⁡ V 2 V 1 = m R ln ⁡ V 2 V 1

Então, substituindo os valores e resolvendo:

X d e s t r = T 0 S g e r = T 0 m R ln ⁡ V 2 V 1 = 298 * 3 * 0,2081 * ln ⁡ 2 = 129   K J

Resposta

Portanto: X d e s t r = 1 2 9   K J

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