A água entra na caldeira a
e é vaporizada nesta temperatura; seu calor latente de vaporização é de
.
(a) Tendo como referência a temperatura da vizinhança de
, qual é o valor do trabalho perdido deste processo em kJ.
de gás de exaustão?
(b) Tendo como referência a uma temperatura da vizinhança de
, qual é o valor do trabalho máximo, em
do gás de exaustão, que pode ser realizado pelo vapor saturado a
, se ele somente condensa, não se sub-resfria?
© Como a resposta do item
(b) se compara com o trabalho máximo teoricamente obtenível a partir do próprio gás de exaustão quando ele é resfriado de 1100 para
?
(a) Tendo como referência a temperatura da vizinhança de
(b) Tendo como referência a uma temperatura da vizinhança de
© Como a resposta do item
(b) se compara com o trabalho máximo teoricamente obtenível a partir do próprio gás de exaustão quando ele é resfriado de 1100 para
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado nos fala sobre um processo de vaporização da água na caldeira. A água entra na caldeira a
e é transformada em vapor nessa mesma temperatura. A gente tem o calor latente de vaporização da água, que é de
. O conteúdo que vamos usar aqui envolve Termodinâmica, especialmente conceitos de trabalho e energia em processos termodinâmicos. Precisaremos das equações de trabalho perdido e trabalho máximo em processos de exaustão de gases.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é trabalho perdido. Quando temos um processo real, nem toda a energia disponível é convertida em trabalho útil; parte dela é perdida. Para calcular esse trabalho perdido, usamos a diferença entre a energia total fornecida e a energia convertida em trabalho.
Passo 3
A fórmula que vamos usar é:
onde
é o calor fornecido e
é o trabalho realizado. Mas precisamos relacionar isso com as condições dadas, como a temperatura da vizinhança e a massa de vapor.
Passo 4
Como a água é vaporizada a
e a temperatura da vizinhança é
, vamos precisar calcular a quantidade de energia envolvida na vaporização e depois relacionar isso com o trabalho perdido por mol de gás de exaustão.
Passo 5
Primeiro, vamos converter a massa de vapor para mols. Sabendo que a água tem uma massa molar de aproximadamente
, mas como não foi dada a massa, vamos trabalhar diretamente com a energia por mol.
Passo 6
A energia por mol (
) é dada por:
Passo 7
Agora, para calcular o trabalho perdido, precisamos considerar a diferença de temperatura entre a caldeira e a vizinhança. Usamos a seguinte relação:
onde
é a temperatura da vizinhança e
é a temperatura da caldeira, ambas em Kelvin.
Passo 8
Convertendo as temperaturas para Kelvin:
Passo 9
Substituindo na fórmula:
Resposta
O trabalho perdido neste processo é aproximadamente
de gás de exaustão.