O ar entra no compressor de um ciclo ideal de refrigeração a gás a
e 35 kPa , e na turbina, a
e 160 kPa . A vazão mássica do ar através do ciclo é de 0,2
. Considerando calores específicos variáveis para
, determine:
(a) As propriedades e grandezas necessárias para completar a tabela.
Estado
1
35
280
280,13
1,0889
2
431,5
432,96
4,978
3
160
310
310,24
1,5546
4
(a) As propriedades e grandezas necessárias para completar a tabela.
Estado |
|
|
|
|
1 | 35 | 280 | 280,13 | 1,0889 |
2 | 431,5 | 432,96 | 4,978 | |
3 | 160 | 310 | 310,24 | 1,5546 |
4 |
Passo 1
Beleza, vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Temos um ciclo ideal de refrigeração a gás com ar como fluido de trabalho. O enunciado nos dá algumas condições de entrada e saída no compressor e na turbina, além da vazão mássica do ar. A parte (a) da questão pede para identificar as propriedades e grandezas necessárias para completar a tabela fornecida. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre ciclos termodinâmicos, propriedades dos gases e como elas se relacionam em diferentes estados do ciclo.
Passo 2
Primeiro, vamos dar uma olhada na tabela que precisamos completar. Ela tem quatro estados com colunas para pressão (
), temperatura (
), entalpia (
) e entropia reduzida (
). Já temos alguns valores preenchidos, mas faltam alguns em certas posições.
Para completar essa tabela, precisamos saber:
- Pressão (
): A pressão em cada estado do ciclo. - Temperatura (
): A temperatura correspondente a cada pressão no estado. - Entalpia (
): A energia total por unidade de massa, que depende da temperatura e pressão. - Entropia Reduzida (
): Uma medida da desordem ou aleatoriedade do sistema, também dependente de temperatura e pressão.
Passo 3
Vamos entender onde faltam informações na tabela:
- Estado 2: A pressão está faltando.
- Estado 4: Todas as propriedades (
, , , ) estão faltando.
Então, precisamos determinar:
-
Para o Estado 2:
- A pressão (
).
- A pressão (
-
Para o Estado 4:
- A pressão (
). - A temperatura (
). - A entalpia (
). - A entropia reduzida (
).
- A pressão (
Passo 4
Para encontrar essas propriedades, vamos precisar usar as seguintes informações e conceitos:
- Lei dos Gases Ideais: Relaciona pressão, volume e temperatura.
- Diagramas de Propriedades: Como o diagrama de Mollier (entalpia vs entropia) para o ar.
- Relações de Processo: Sabendo se o processo é isotérmico, isentrópico, etc.
- Calores Específicos Variáveis: Como a entalpia e a entropia dependem da temperatura de forma não linear.
Passo 5
Além disso, vamos precisar:
- Tabela de Propriedades do Ar: Para encontrar valores de entalpia e entropia com base na temperatura e pressão.
- Equações de Estado: Para relacionar as diferentes propriedades termodinâmicas.
- Conhecimento sobre o Ciclo de Refrigeração: Saber como o ar se comporta no compressor e na turbina dentro do ciclo.
Passo 6
Resumindo, para completar a tabela, precisamos determinar:
-
Para Estado 2:
- Pressão (
): Usando as relações do compressor e as condições de entrada e saída.
- Pressão (
-
Para Estado 4:
- Pressão (
): Sabendo que o ciclo é fechado, podemos relacionar com o compressor e a turbina. - Temperatura (
): Usando a troca de calor e as propriedades do ar. - Entalpia (
) e Entropia Reduzida ( ): A partir da temperatura e pressão encontradas.
- Pressão (
Resposta
Para completar a tabela, precisamos determinar a pressão no Estado 2 e todas as propriedades (pressão, temperatura, entalpia e entropia reduzida) no Estado 4, usando as relações termodinâmicas e as propriedades do ar fornecidas.