Enunciado

118 Um conjunto cilindro – pistão apresenta, inicialmente, volume de câmara igual a 10 litros e contém vapor saturado de R-22 a 10°C. O R-22 é, então, comprimido num processo politrópico e internamente reversível até que a pressão atinja 2 MPa. Nesta condição, a temperatura do R-22 é 60°C. Admitindo que a transferência de calor ocorra com o meio que está a 10°C, determine a variação líquida de entropia neste processo.

Passo 1

Nessa equação vamos usar a equação da energia:

m u 2 - u 1 = Q - W

A equação da entropia:

m s 2 - s 1 = Q T a m b + S g e r

A equação do trabalho pra politrópico:

W = m 1 - n P 2 v 2 - P 1 v 1

E também a relação:

P 2 P 1 = v 2 v 1 n

Passo 2

No estado 1, como temos vapor saturado, então olhamos na tabela B.4.1:

- a pressão vai ser a pressão de saturação pra 10 °C:

P 1 = 0,681   M P a

- o volume específico:

v 1 = 0,03471   m 3 / k g

Daí podemos calcular a massa:

m = V 1 v 1

m = 0,288   k g

- energia interna específica:

u 1 = 229,8   k J / k g

- entropia específica:

s 1 = 0,9129   k J / k g K  

Passo 3

No estado 2 temos vapor superaquecido, então olhando na tabela B.4.2:

- volume específico:

v 2 = 0,01214   m 3 / k g

- energia interna específica:

u 2 = 247,3   k J / k g

- entropia específica:

s 2 = 0,8873   k J / k g K

Passo 4

Vamos achar o expoente:

P 2 P 1 = v 2 v 1 n

2 0,681 = 0,03471 0,01214 n

n = 1,0255

E calculando o trabalho:

W = m 1 - n P 2 v 2 - P 1 v 1

W = 0,288 1 - 1,0255 × 2000 × 0,01214 - 681 × 0,03471

W = - 7,26   k J

Passo 5

Usando a equação da energia:

m u 2 - u 1 = Q - W

0,288 × 247,3 - 229,8 = Q - - 7,26

Q = - 2,22   k J

E usando a equação da entropia:

m s 2 - s 1 = Q T a m b + S g e r

0,288 × 0,8873 - 0,9129 = - 2,22 283,2 + S g e r

S g e r = 0,00047   k J / K

Resposta

S g e r = 0,00047   k J / K

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