Enunciado

114- Um tanque com volume de 1   m 3 contém amônia a 0.15   M P a e 25   ° C .

O tanque está ligado a uma linha onde escoa amônia a 1.2   M P a e 60   ° C . A válvula é aberta e a amônia escoa para o tanque, até que metade do volume do tanque esteja ocupado por líquido a 25   ° C .

Calcular o calor transferido neste processo.

Passo 1

E aí meus abençoados do asfalto e do morro de Deus e do meu coração, tudo em cima com vocês? Espero que sim, vamos para mais uma questão do Van Wylen da massa!

Para resolver essa questão vamos ter controle das propriedades dessa amônia que está dentro do tanque

Anotando os dados da amônia no estado inicial nós teremos:

V 1 = 1   m 3 ; P 1 = 0.15   M P a ; T 1 = 25   ° C

E como temos pressão e volume então vamos correndo ver os dados da tabela B . 2.2 que correlaciona todos esses estados:

Então para a pressão de 0.15   M P a que é a mesma coisa que 150   k P a temos valores de h   e ν de:

ν 1 = 0.9381 + 0.9723 - 0.9381 30 - 20 25 - 20 = 0.9552   m 3 / k g

h 1 = 1512.8 + 1534.8 - 1512.8 30 - 20 25 - 20 = 1523.8   k J / k g

O que nos dá uma energia interna de:

u 1 = h 1 - p ν 1 = 1523.8 - 150 × 0.9552 = 1380.52   k J / k g

E como ela ocupa 1   m 3 então a massa inicial dessa amônia é de:

m = V ν = 1 0.9552 = 1.047   k g

Muito bom, vamos avançar para o próximo estado

Passo 2

No segundo estado dentro do tanque temos que metade do volume que antes era ocupado pela amônia líquida fique no tanque e essa amônia está a 25   ° C , então:

V = 0.5   m 3

E pela tabela B . 2.1 coletamos as seguintes propriedades

p s a t = 1003.2   k P a

ν l = 0.0016 58   m 3 / k g

ν v = 0.12813   m 3 / k

h l = 298.25   k J / k g

h v = 1463.5   k J / k g

Dessa forma então a massa líquida que está no tanque é de:

m 2   l i q u i d a = V ν = 0.5 0.001658 = 301.568   k g

E a massa a vapor:

m 2   v a p o r = 0.5 0.12813 = 3.9022

O que representa uma titulação de:

x = m l i q u i d a m t o t a l = 3.9022 301.568 + 3.9022 = 0.01277

O que nos dá uma energia interna de:

u 2 = h l - p ν l 1 - x + x h v - p ν v = 309.85   k J / k g

Pois metade do volume é ocupado por líquido e a outra metade vai ser ocupada por nada? Não, tem gás de amônia na parada.

Então a massa que entra no tanque é de:

m e n t r a = m 2 - m 1 = ( 301.568 + 3.9022 ) - 1.047 = 304.42   k g

Passo 3

A nossa meta é calcular o quanto de calor foi inserida no tanque sem contar com esse calor vindo pelo acréscimo de amônia no tanque, e com isso temos que a fórmula do mesmo é:

Q + m e n t r a h e n t r a = m 2 u 2 - m 1 u 1

Ou seja, o calor fornecido ao tanque é a variação da energia que tinha no tanque só que tirando o calor que vem da entrada de amônia.

Com h e n t r a sendo pego pela tabela B . 2.2 com P = 1200   k P a e T = 60   ° C e valendo 1553.3   k J / k g

Então substituindo os parâmetros teremos:

Q = - 304.42 × 1553.3 + 301.568 + 3.9022 × 309.85 - 1.047 × 1380.52

Q = - 379.65   M J

O que é mucho calor!!

E é isso pessoal, vamos para a próxima

Resposta

Q = - 379.65   M J

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Reconsidere o Prob. 5–78. Usando o EES (ou outro programa), investigue o efeito do fluxo de massa da corrente fria de R-134a sobre a temperatura e o título da corrente de saída. Varie a razão entre o
3- Um dispositivo que opera em regime permanente pode apresentar trabalho de fronteira?
4- Como variam as vazões em massa e em volume num dispositivo que opera em regime permanente?
110- Um recipiente rígido, inicialmente em vácuo, é carregado com água, proveniente de uma tubulação, a 0.8M P a e 350° C . Admita que o processo de enchimento é adiabático e que o recipiente é lacrad
111- Ar a 800k P a e 20° C escoa numa tubulação principal e pode alimentar um tanque através de uma tubulação secundária com válvula (ver F i g6.111 ). O volume do tanque é igual a 25l i t r o s e, in