O radiador de um sistema de aquecimento de vapor tem um volume de 20 L e é preenchido com vapor superaquecido de água a
. Neste momento, tanto a entrada e a saída das válvulas do radiador são fechadas. Depois de algum tempo, a temperatura do vapor cai para
como um resultado de transferência de calor para a vizinhança. Determinar a variação de entropia do vapor durante este processo.
Resp.: -0,132 kJ/K
Resp.: -0,132 kJ/K
Passo 1
Beleza, então o exercício diz que temos um radiador com 20 L de vapor d’água superaquecido a 200 kPa e 150 °C. Aí fecham as válvulas e ele esfria até 40 °C, trocando calor com o ambiente. Precisamos achar a variação de entropia do vapor durante esse processo.
Conteúdo: termodinâmica de fluido puro (tabelas de vapor d’água), processo de volume constante, definição de entropia e qualidade de vapor. Vamos usar tabelas para achar entropias e volumes específicos, calcular massa, achar estado final (mistura) e depois ΔS = m·(s₂–s₁).
Conteúdo: termodinâmica de fluido puro (tabelas de vapor d’água), processo de volume constante, definição de entropia e qualidade de vapor. Vamos usar tabelas para achar entropias e volumes específicos, calcular massa, achar estado final (mistura) e depois ΔS = m·(s₂–s₁).
Passo 2
Antes de mais nada, como o sistema é fechado e o radiador não muda de volume, o volume total V = 20 L = 0,020 m³ é constante. Pra usar as tabelas precisamos do volume específico inicial
Passo 3
Da tabela de vapor superaquecido (200 kPa, 150 °C) obtemos
Teoria aplicada: em superaquecido usamos direto as propriedades da tabela.
Passo 4
Calcula a massa total que está no radiador:
Passo 5
No fim, T₂ = 40 °C e v₂ = v₁ (volume específico não muda). Pela tabela de água saturada a 40 °C:
v_f = 0,001008 m³/kg, v_g = 12,03 m³/kg,
s_f = 0,1489 kJ/(kg·K), s_g = 8,1503 kJ/(kg·K).
Como v₂ = 1,108 m³/kg está entre v_f e v_g, é mistura. Calcula a qualidade x:
v_f = 0,001008 m³/kg, v_g = 12,03 m³/kg,
s_f = 0,1489 kJ/(kg·K), s_g = 8,1503 kJ/(kg·K).
Como v₂ = 1,108 m³/kg está entre v_f e v_g, é mistura. Calcula a qualidade x:
Passo 6
Agora a entropia específica final s₂ da mistura:
Teoria: para mistura s = s_f + x·s_fg.
Passo 7
Variação de entropia do sistema (massa * diferença de entropia específica):
O sinal negativo faz sentido: o vapor liberou calor e perdeu entropia.
Resposta
A variação de entropia do vapor durante o resfriamento é aproximadamente