Um tanque rigido e isolado contém
de CO 2 , inicialmente a 15 kPa e
. o CO2 é misturado por um agitador até que sua pressão seja de 200 kPa . Utilizando o modelo de gás ideal com
, determine, em kJ, (a) o trabalho, (b) a variação de exergia do CO 2 e (c) a quantidade de exergia destruida. Ignore os efeitos de movimento e gravidade, e adote
.
Passo 1
O enunciado descreve um tanque rígido e termicamente isolado contendo
kg de
, inicialmente em
kPa e
K. Um agitador realiza trabalho até que a pressão suba para
kPa. Temos um processo a volume constante
sem calor trocado
. Vamos usar:
– 1ª lei para sistema fechado:
– 1ª lei para sistema fechado:
– modelo de gás ideal, de modo que
–
com
kJ/kg K.
Para a exergia física de um sistema fechado, ignorando energia cinética e potencial, vale:
Para a exergia física de um sistema fechado, ignorando energia cinética e potencial, vale:
e portanto
Adotamos
K e
kPa.
Passo 2
Calcular a temperatura final
a partir de
Substituindo:
Passo 3
Determinar o trabalho realizado pelo agitador (trabalho de eixo entregue ao gás). Como
e o processo é a volume constante, a 1ª lei dá
mas como o agitador faz trabalho sobre o sistema,
e
. Logo,
Passo 4
Calcular a variação de entropia do gás. Para um gás ideal a volume constante
:
Passo 5
Calcular a variação de exergia física:
pois
. Substituindo:
Passo 6
Determinar a exergia destruída
, que para sistema fechado é dada por
ou equivalentemente
kJ.
Resposta
(a) Trabalho fornecido pelo agitador:
kJ
(b) Variação de exergia do :
kJ
(c) Exergia destruída: kJ
(b) Variação de exergia do
(c) Exergia destruída: