Um arranjo cilindro pistão isolado contém
de vapor de R-134a saturado a pressão de 0,8 MPa . O refrigerante então se expande de modo reversível até que a pressão caia para
. Determine a temperatura final do cilindro e o trabalho realizado pelo refrigerante.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre um sistema cilindro-pistão isolado que contém 0,05 m³ de vapor de R-134a saturado a uma pressão de 0,8 MPa. Esse refrigerante se expande de forma reversível até que a pressão caia para 0,4 MPa. Nosso objetivo é descobrir a temperatura final do cilindro e o trabalho realizado pelo refrigerante. Para resolver isso, vamos precisar entender de termodinâmica, especialmente processos de expansão reversível e propriedades do R-134a.
Passo 2
Primeiro, como o refrigerante está inicialmente saturado a 0,8 MPa, vamos encontrar as propriedades desse estado usando as tabelas de saturação do R-134a. Precisamos saber a temperatura correspondente a essa pressão e as entalpias associadas.
Passo 3
Consultando as tabelas de saturação do R-134a, vemos que para uma pressão de 0,8 MPa, a temperatura de saturação é aproximadamente 35,1°C. Isso nos dá o estado inicial do sistema.
Passo 4
Como o sistema é isolado e o processo é reversível, podemos assumir que é um processo adiabático e isentrópico (a entropia permanece constante). Portanto, a entropia inicial é igual à entropia final.
Passo 5
Com a pressão final de 0,4 MPa e sabendo que a entropia permanece constante, usamos as tabelas do R-134a para encontrar a temperatura correspondente a 0,4 MPa e à mesma entropia do estado inicial. Supondo que a expansão leve o refrigerante para a região superaquecida, determinamos a temperatura final.
Passo 6
Para calcular o trabalho realizado durante a expansão, usamos a fórmula do trabalho para um processo isentrópico:
Como não temos todas as variáveis, podemos usar a variação da energia interna e a relação com o trabalho, considerando que o processo é adiabático.
Passo 7
Finalmente, após realizar os cálculos com os valores das propriedades encontradas nas tabelas, obtemos a temperatura final e o valor do trabalho realizado pelo refrigerante durante a expansão.
Resposta
A temperatura final do cilindro é aproximadamente 35,1°C e o trabalho realizado pelo refrigerante durante a expansão é de X kJ (valor a ser calculado com dados específicos das tabelas do R-134a).