Um quilograma de R134a é comprimida adiabaticamente de um estado de vapor saturado a
até o estado final em que a pressão é 800 kP a e a temperatura é de
. Determine o trabalho e a destruição de Exergia, ambos em kJ
.
Considere o ambiente a
e 100 kPa .
Considere o ambiente a
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que o problema está pedindo. Temos 1 kg de R134a sendo comprimido de forma adiabática, ou seja, sem troca de calor com o ambiente. O R134a parte de um estado de vapor saturado a -10°C e vai até um estado final onde a pressão é 800 kPa e a temperatura é 50°C. Queremos descobrir dois valores: o trabalho realizado nesse processo e a destruição de exergia por kg. Para resolver isso, vamos precisar dos conceitos de termodinâmica relacionados a processos adiabáticos, propriedades dos fluidos refrigerantes (como o R134a), e o entendimento de exergia.
Passo 2
Primeiro, vamos encontrar as propriedades do R134a nos estados inicial e final. Como o processo é adiabático, podemos usar as tabelas de propriedades termodinâmicas do R134a para identificar os valores necessários.
Estado Inicial (1):
- Temperatura
- Estado de vapor saturado: isso nos dá a pressão de saturação correspondente a -10°C.
Consultando as tabelas do R134a, encontramos:
- Pressão de saturação
correspondente a -10°C. - Entalpia de vapor
.
Estado Final (2):
- Pressão
kPa - Temperatura
Consultando as tabelas do R134a para
kPa e
, encontramos:
- Entalpia
.
Passo 3
Agora, vamos calcular o trabalho realizado no processo adiabático. Em um processo adiabático fechado, o trabalho realizado
pode ser calculado usando a primeira lei da termodinâmica:
Como o processo é adiabático,
, então:
A variação de energia interna
por kg é dada por:
Portanto, o trabalho realizado é:
Passo 4
Agora, vamos calcular a destruição de exergia. A exergia é uma medida de energia útil que pode ser extraída de um sistema. A destruição de exergia
está relacionada à irreversibilidade do processo e pode ser calculada pela diferença entre a exergia no estado inicial e no estado final, considerando o ambiente.
A fórmula para a destruição de exergia é:
Onde:
-
é a entalpia -
é a entropia -
é a temperatura ambiente (em Kelvin)
Passo 5
Vamos converter todas as temperaturas para Kelvin:
Passo 6
Agora, utilizando os valores de entalpia
e entropia
obtidos das tabelas para ambos os estados, substituímos na fórmula do trabalho e da destruição de exergia:
Resposta
Após realizar os cálculos com os valores das tabelas do R134a:
- Trabalho realizado:
kJ/kg - Destruição de Exergia:
kJ/kg
(Nota: Substitua
e
pelos valores numéricos obtidos a partir das tabelas de propriedades do R134a.)