Um quilograma de R134a é comprimida adiabaticamente de um estado de vapor saturado a -10^circ C até o estado final em que a pressão é 800 kP a e a temperatura é de 50^circ C. Determine o trabalho e a destruição de Exergia, ambos em kJ / kg.
Considere o ambiente a 20^circ C e 100 kPa .

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 De pode ser calculado usando a primeira lei da termodinâmica:
De
Como o processo é adiabático, De, então:
W = h1 - h2
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 De 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:
T0 = 20^circC = 293,15 , K
T1 = -10^circC = 263,15 , K
T2 = 50^circC = 323,15 , K

Passo 6

Agora, utilizando os valores de entalpia W = h1 - h2 e entropia De 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.)

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