Água inicialmente como líquido saturado a
, está contida em um conjunto cilindro-pistão. A água é submetida a um processo que a leva ao estado de vapor saturado, durante o qual o pistão se move livremente ao longo do cilindro. Não ocorre transferência de calor para a vizinhança. Se a mudança de estado acontece pela ação de um agitador, determine o trabalho por unidade de massa, em kJ/kg, e a quantidade de entropia produzida por unidade de massa, em kJ/kg.K.
A água no conjunto constitui um sistema fechado Não há transferência de calor com a vizinhança O sistema está em equilíbrio e não há variação de EC, EP entre os dois estados
Passo 1
O enunciado descreve um sistema fechado contendo água inicialmente como líquido saturado a
. Por agitação interna (sem troca de calor com a vizinhança) e livre movimento do pistão, a água evapora até se tornar vapor saturado a
.
Conteúdos necessários: primeira lei para sistema fechado com trabalho de pistão e trabalho de eixo (agitador), propriedades de água em saturação (tabelas), segunda lei para cálculo de entropia gerada.
Conteúdos necessários: primeira lei para sistema fechado com trabalho de pistão e trabalho de eixo (agitador), propriedades de água em saturação (tabelas), segunda lei para cálculo de entropia gerada.
Passo 2
Escrevendo a primeira lei por unidade de massa entre as condições inicial (subscrito
) e final (subscrito
):
onde
– (adiabático),
– é o trabalho de fronteira (pela expansão contra
),
– é o trabalho de eixo fornecido pelo agitador.
Logo
–
–
–
Logo
Passo 3
O trabalho de fronteira por unidade de massa é
Em
, pela tabela de vapor saturado:
Portanto
Passo 4
Pela tabela, as energias internas são
Então
Note que isto coincide com o calor latente
kJ/kg.
Passo 5
Para a entropia, a segunda lei (por kg) dá
já que
. Pela tabela em
:
logo
Resposta
Trabalho de eixo fornecido pelo agitador por unidade de massa:
Entropia produzida por unidade de massa: