6.113 Deseja-se preencher um tanque de
, inicialmente vazio, com 10 g de amônia. A amônia vem de uma linha em que se encontra no estado de vapor saturado a
. Para atingir a massa desejada, o tanque é resfriado à medida que a amônia escoa lentamente para o seu interior. Mantém-se a temperatura do tanque e de seu conteúdo a
durante o processo. Determine a pressão no momento em que se deve fechar a válvula e a quantidade total de calor transferida.
Passo 1
O enunciado dá um tanque rígido de volume
, inicialmente vazio, que deve receber
de amônia. A amônia que entra está em vapor saturado a
e, dentro do tanque, mantemos a temperatura fixa em
por refrigeração. O objetivo é (a) achar a pressão no instante de fechamento da válvula e (b) o calor total transferido. Vamos usar propriedades do vapor de amônia (tabelas de saturação e vapor superaquecido) e o balanço de energia para volume fixo.
Passo 2
Determine o estado final no tanque. Como o volume é fixo e a massa acumulada é
, a razão de volumes específicos é
Mantendo
, com
, verificamos que
. Logo, o fluido está em estado de vapor superaquecido.
Passo 3
A pressão interna no instante de fechamento é a pressão de saturado que combina com
e
no estado de vapor superaquecido. Podemos aproximar por gás ideal:
Logo,
Passo 4
Agora aplicamos o balanço de energia para volume fixo (sem trabalho de fronteira além do fluxo de massa):
Aqui:
– é a entalpia do vapor saturado de amônia a
; da tabela
– é a energia interna do vapor superaquecido a
e
. Aproximando também por gás ideal com
:
–
–
Logo,
O sinal negativo indica que
de calor foi retirado do tanque.
Resposta
Pressão de fechamento:
Calor transferido (removido):
Calor transferido (removido):