O ar entra no compressor de um ciclo ideal de refrigeração a gás a sim 7^circ C e 35 kPa , e na turbina, a sim 37^circ C e 160 kPa . A vazão mássica do ar através do ciclo é de 0,2 kg / s. Considerando calores específicos variáveis para o ar, determine:
(a) As propriedades e grandezas necessárias para completar a tabela.
Estado |c|c|c|c|c| hline Estado & $p(k P a)$ & $T(K)$ & $h(k J / k g)$ & $pr$ hline 1 & 35 & 280 & 280,13 & 1,0889 hline 2 & & 431,5 & 432,96 & 4,978 hline 3 & 160 & 310 & 310,24 & 1,5546 hline 4 & & & & hline
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 ( p), temperatura ( T), entalpia ( h) e entropia reduzida ( sr). Já temos alguns valores preenchidos, mas faltam alguns em certas posições.
Para completar essa tabela, precisamos saber:
  1. Pressão ( p): A pressão em cada estado do ciclo.
  2. Temperatura ( T): A temperatura correspondente a cada pressão no estado.
  3. Entalpia ( h): A energia total por unidade de massa, que depende da temperatura e pressão.
  4. Entropia Reduzida ( sr): 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 ( p, T, h, sr) estão faltando.
Então, precisamos determinar:
  1. Para o Estado 2:
    • A pressão ( p).
  2. Para o Estado 4:
    • A pressão ( p).
    • A temperatura ( T).
    • A entalpia ( h).
    • A entropia reduzida ( sr).

Passo 4

Para encontrar essas propriedades, vamos precisar usar as seguintes informações e conceitos:
  1. Lei dos Gases Ideais: Relaciona pressão, volume e temperatura.
  2. Diagramas de Propriedades: Como o diagrama de Mollier (entalpia vs entropia) para o ar.
  3. Relações de Processo: Sabendo se o processo é isotérmico, isentrópico, etc.
  4. 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 ( p): Usando as relações do compressor e as condições de entrada e saída.
  • Para Estado 4:
    • Pressão ( p): Sabendo que o ciclo é fechado, podemos relacionar com o compressor e a turbina.
    • Temperatura ( T): Usando a troca de calor e as propriedades do ar.
    • Entalpia ( h) e Entropia Reduzida ( sr): A partir da temperatura e pressão encontradas.

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.

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