3- Um tanque rígido e selado contém amônia 5^circ C e título desconhecido. A amônia é aquecida até 100^circ C em um banho de água fervente e a pressão atinge 1,4 MPa. Determine o título inicial da amônia, a transferência de calor e a entropia gerada nesse processo (a troca de calor ocorre à temperatura do banho de água fervente).
Tabelas: B. 1 (Água), B. 2 (NH3)

Passo 1

O enunciado descreve um tanque rígido e selado com amônia inicialmente a T1 = 5^circC e qualidade desconhecida x1. O aquecimento se dá até T2=100^circC, elevando a pressão para P2=1,4;MPa. Como o volume é constante, temos
v1 = v2
Vamos usar a Tabela B.2 (amônia) nas seguintes etapas:
– Na condição final ( P2=1,4;MPa, T2=100^circC) buscamos v2, u2 e s2 na parte de vapor sobreaquecido.
– Na condição inicial ( T1=5^circC) buscamos vf1, vg1, uf1, ug1, sf1, sg1 na parte de mistura saturada.

Passo 2

Igualamos volumes específicos para achar a qualidade inicial:
v1 = v2,
v1 = x1,vg1 + (1 - x1),vf1 ;;Longrightarrow;; x1 = v1 - vf1vg1 - vf1
Aqui v1=v2 vem da Tabela B.2 em P2=1,4;MPa, T2=100^circC; e vf1,vg1 em T1=5^circC.

Passo 3

Energia interna específica inicial e final:
u1 = uf1 + x1,(ug1 - uf1), u2 ;(direto da Tabela B2 em sobreaquecido)
Como não há trabalho de fluxo nem de deslocamento de fronteira ( W=0) e o tanque é rígido, o calor específico é
q = u2 - u1 l[kJ/kgr]

Passo 4

Entropia específica inicial e final:
s1 = sf1 + x1,(sg1 - sf1), s2 ;(Tabela B2 sobreaquecido)
Logo, a variação de entropia do sistema é
De<a ssys = s2 - s1
Como o calor é trocado à temperatura do banho ( T0 = 100^circC = 373,15;K), a entropia gerada por unidade de massa é
s>=n = De<a ssys - qT0

Resposta

Não é possível obter valores numéricos de x1, q e s>=n sem os dados das propriedades termodinâmicas (Tabela B.2 para amônia). Solicite ou consulte a Tabela B.2 para ler os valores de vf1,vg1,uf1,ug1,sf1,sg1 em 5^circC e de v2,u2,s2 em 1,4;MPa,100^circC, e então aplique as fórmulas acima.

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