6.10 Um reservatório de gás natural possui uma cobertura móvel que se desloca à medida que gás é adicionado ou retirado do tanque, mantendo 110 kPa e 290 K em seu interior. Uma tubulação abastece o tanque com gás natural a 110 kPa e 290 K. O estado do gás muda durante o processo de abastecimento? O que acontece com o trabatho de fluxo?
Passo 1
O enunciado descreve um reservatório de gás natural com tampa móvel que mantém internamente
e
. O gás entra pela tubulação exatamente à mesma pressão e temperatura. O conteúdo principal é o balanço de energia em sistema aberto e o conceito de trabalho de fluxo.
Passo 2
Como a tampa móvel ajusta o volume para manter constante
e
dentro do reservatório e o gás entra nessas mesmas condições, cada porção de massa que entra encontra exatamente a mesma pressão e temperatura do fluido dentro. Logo, não há variação de estado termodinâmico específico (
e
permanecem constantes).
Passo 3
Em um sistema aberto, o trabalho de fluxo associado a uma entrada de massa diferencial
é
e o trabalho de fluxo associado à saída (neste caso, o reservatório “sai” contra a tampa) é
Como
e
(mesmas condições de
e
), temos
Esse trabalho de fluxo que entra pelo tubo é exatamente o trabalho que o gás realiza ao empurrar a tampa para fora, ou seja, fica inteiramente convertido em trabalho de deslocamento da capa.
Resposta
O estado termodinâmico (pressão e temperatura) do gás dentro do reservatório não muda durante o enchimento. O trabalho de fluxo necessário para introduzir o gás é completamente convertido no trabalho de empurrar a tampa móvel (nenhum trabalho extra fica armazenado na energia interna do gás).