Enunciado

39 Um conjunto cilindro-pistão contém um quilograma de amônia. Inicialmente, a amônia está a 50°C e 1 MPa. O fluido é então expandido, de modo isotérmico e reversível, até que a pressão atinja 100 kPa. Determine o trabalho realizado e o calor transferido neste processo.

Passo 1

Vamos lá... pra essa questão não vamos precisar de muita coisa.

Como é um processo reversível, para o calor transferido:

Q = T Δ S

E para o trabalho vamos usar a equação da energia:

Δ U = Q - W

Atençããão... aqui a gente não usar a equação do trabalho pra processo reversível ( W = P Δ V ) porque a pressão não é constante e tals...

Ahhh... e vamos pegar alguns dados nas tabelas no final do livro.

Passo 2

Se a gente analisar pra duas pressão, nessa temperatura vamos ter vapor superaquecido, então podemos pegar alguns dados da Tabela B.2.2:

Para o estado inicial (1 MPa e 50°C):

- a energia interna específica:

u 1 = 1391,3   k J / k g

- a entropia específica:

s 1 = 5,265   k J / k g K

Para o estado final (100 kPa e 50°C):

- a energia interna específica:

u 2 = 1424,7   k J / k g

- a entropia específica:

s 2 = 6,494   k J / k g K

Passo 3

Como a gente tem a massa e ela não muda, vamos calcular o calor transferido:

Q = T Δ S

Mas a gente tem informação de entropia específica, né:

Q = T m Δ s

Ahhhh... e não esquece de mudar a temperatura pra Kelvin, heim ( T = 50 + 273,15 = 323,15   K )

Q = 323,15 × 1 × 6,494 - 5,265

Q = 396,967   k J

Passo 4

E finalmente podemos calcular o trabalho:

Δ U = Q - W

E como temos informação de energia interna específica:

m Δ u = Q - W

1 × 1424,7 - 1391,3 = 396,967 - W

W = 363,75   k J

Resposta

W = 363,75   k J

Q = 396,967   k J

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