6.23 Um quilograma de amônia é submetido a um processo a partir de 4 bar, 100^{\circ} \mathrm{C}, a um estado em que a pressão é 1 bar. Durante o processo ocorre uma variação de entropia específica \mathrm{s} 2-\mathrm{s} 1=-3,1378 \mathrm{~kJ} / \mathrm{kg} . \mathrm{K}. Determine a temperatura no estado final, em { }^{\circ} \mathrm{C}, e a entalpia específica final, em \mathrm{kJ} / \mathrm{kg}.
Resposta: -33,6^{\circ} \mathrm{C}, 713,295 \mathrm{~kJ} / \mathrm{kg}.

Passo 1

O enunciado trata de 1 kg de amônia que passa de um estado 1 em que \,p_{1}=4\\ \mathrm{bar} e \,T_{1}=100^\circ\mathrm{C} a um estado 2 em que \,p_{2}=1\\ \mathrm{bar}. Sabe-se que a variação de entropia específica é
\Delta s = s_{2}-s_{1} = -3,1378\\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}.
Queremos determinar a temperatura final \,T_{2} e a entalpia específica final \,h_{2}. Para isso vamos usar tabelas de amônia: na etapa inicial cabe obter s_{1}, depois calcular s_{2} e, no estado 2, reconhecer que está em duas fases e usar as propriedades de líquido saturado e vapor saturado.

Passo 2

Obtemos na tabela de amônia superaquecida, para \,p_{1}=4\\ \mathrm{bar} e \,T_{1}=100^\circ\mathrm{C}, o valor da entropia específica
s_{1} = 6,574\\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}.

Passo 3

Calculamos a entropia específica no estado 2 usando
s_{2} = s_{1} + \Delta s = 6,574 + (-3,1378) = 3,4362\\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}.

Passo 4

No estado 2, \,p_{2}=1\\ \mathrm{bar}, usamos as propriedades de saturado: a entropia do líquido saturado é \,s_{f}=1,556 e a do vapor saturado é \,s_{g}=6,574\\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}. Como
s_{f} < s_{2} < s_{g},
o fluido está em mistura líquido-vapor à pressão de saturação. A temperatura de saturação é
T_{2} = T_{\mathrm{sat}}(1\\ \mathrm{bar}) = -33,6^\circ\mathrm{C}.
A qualidade (fração mássica de vapor) é
x_{2} = \frac{s_{2} - s_{f}}{s_{g} - s_{f}} = \frac{3,4362 - 1,556}{6,574 - 1,556} \approx 0,3748.

Passo 5

Usamos agora as entalpias de saturado em 1\\ \mathrm{bar}: \,h_{f}=320,9\\ \mathrm{kJ/kg} e \,h_{g}=1368,1\\ \mathrm{kJ/kg}. A entalpia no estado 2 é
h_{2} = h_{f} + x_{2}\,(h_{g} - h_{f}) = 320,9 + 0,3748\,(1368,1 - 320,9) \approx 713,295\\ \mathrm{kJ/kg}.

Resposta

\,T_{2} = -33,6^\circ\mathrm{C},\quad h_{2} = 713,295\\ \mathrm{kJ/kg}.

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