Um bloco de ferro de 6 kg a uma temperatura inicial de
é mergulhado em um tanque isolado que contém 100 kg de água a
. Considerando que a água que vaporiza durante o processo se condensa novamente no tanque e que a vizinhança está a
e 100 kPa , determine (a) a temperatura final de equilíbrio, (b) a exergia do sistema combinado nos estados inicial e final e (c) o potencial de trabalho desperdiçado durante esse processo.
Passo 1
O enunciado trata de um bloco de ferro de massa
e capacidade térmica
inicialmente a
(i.e.\
), mergulhado em água de massa
e capacidade
a
(i.e.\
), tudo em um tanque adiabático. A vizinhança está a
(i.e.\
).
Conteúdo: balanço de energia para achar a temperatura de equilíbrio e uso de exergia para sólidos e líquidos incompressíveis, com
Conteúdo: balanço de energia para achar a temperatura de equilíbrio e uso de exergia para sólidos e líquidos incompressíveis, com
Passo 2
Como o sistema é adiabático sem trabalho de saída, vale conservação de energia interna:
Isolando
:
Passo 3
Substituindo números:
ou seja
Passo 4
Para calcular a exergia consideramos cada subsistema (ferro e água) como corpo de calor com
.
Estado inicial: ferro a e água a
.
Estado final: ambos à .
Estado inicial: ferro a
Estado final: ambos à
Passo 5
Exergia inicial do ferro:
Exergia inicial da água:
Logo
Passo 6
Exergia final do ferro:
Exergia final da água:
Logo
Passo 7
O potencial de trabalho desperdiçado (exergia destruída) é a diferença
Resposta
(a)
(b)
(c) Trabalho desperdiçado
(b)
(c) Trabalho desperdiçado