Um tanque de paredes rígidas e adiabáticas com volume igual a 1000 litros, inicialmente vazio (vácuo absoluto) será enchido com R-134a proveniente de uma linha onde este fluido refrigerante escoa no estado de vapor saturado a 14 bar. O enchimento ocorrerá até que a pressão no tanque se iguale à pressão na linha. Determine a temperatura e a massa no tanque no final do enchimento, bem como a entropia gerada neste processo. Despreze efeitos de energia cinética e de energia potencial gravitacional. ( 3.5 pts )

Passo 1

Beleza, amigo! Temos um tanque rígido e adiabático (então não troca calor nem faz trabalho) com volume V = 1000 L (ou 1 m³), inicialmente vazio. Vamos enchê-lo com R-134a que chega como vapor saturado a 14 bar até que a pressão dentro do tanque seja 14 bar.
Conteúdo: Termodinâmica – primeiro e segundo princípios para um sistema de controle de massa (filling).
O que a gente vai usar:
• Balanço de energia (1º Princípio) para sistema aberto:
• Relação entre energia interna e entalpia
• Tabelas de propriedades do R-134a (u, v, s em função de P e T)
• Balanço de entropia (2º Princípio) para achar .

Passo 2

Aplicando o 1º Princípio no regime de enchimento (negligenciando energia cinética e potencial, Q = 0 e W = 0):
De
Como o tanque começa em vácuo m2,u2 = m2,hin ;Longrightarrow; u2 = hin e , vem:
Ou seja, o estado final no tanque deve satisfazer que a energia interna específica naquele P = 14 bar seja igual à entalpia do vapor saturado de entrada .

Passo 3

Na tabela de R-134a a 14 bar (vapor saturado) achamos:
hin=hg(14,bar)approx 280;kJ/kg
Agora vamos buscar na seção de vapor superaquecido (superheated) para P=14 bar o ponto em que T2 approx 57;^circC .
Interpolando tabelas dá algo em torno de

Passo 4

Com m2 = Vv2 = 1,0;m^30,0489;m^3/kg approx 20,5;kg e tiramos da tabela o volume específico .
Como o volume total do tanque é 1 m³:

Passo 5

Para achar a entropia gerada, usamos o balanço de entropia do controle de massa:
S2 - S1 = integral dot QT + sum dot m,sin + S>=r
Como Q=0, e m2,s2 = m2,sin + S>=r ;Longrightarrow; S>=r = m2,(s2 - sin) (vácuo):
S>=r = 20,5;l(1,84 - 1,80r) approx 20,5times 0,04 approx 0,82;kJ/K
Da tabela:

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Resposta

• Temperatura final: T₂ ≃ 57 °C
• Massa no tanque: m₂ ≃ 20,5 kg
• Entropia gerada: S_{ger} ≃ 0,82 kJ/K

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