Enunciado

6.39-Cinco quilogramas de água contidos em um conjunto cilindro-pistão são expandidos a partir de um estado inicial, em que T2=400ºC e p2=700 kPa, até um estado final, em que T2=200ºC e p2=300 kPa. Não ocorrem efeitos significativos com relação às energias cinética e potencial. A tabela a seguir fornece dados adicionais em dois estados. Afirma-se que a água passa por um processo adiabático entre esses estados enquanto produz trabalho. Avalie essa afirmativa.

Passo 1

Antes de começar, você pode iniciar avaliando quais as considerações a se fazer, com base no que foi dito no enunciado.

As considerações que você pode fazer são:

-Sistema fechado, pois se trata de um conjunto cilindro-pistão;

-Processo adiabático, Q=0;

-Sem variação de energia cinética e potencial.

Passo 2

Nessa questão foi pedido a você que avalie a afirmativa de que o processo em que a água passa é um processo adiabático. Lembrando que, um processo adiabático é um processo que não ocorre transferência de calor, Q=0.

Para avaliar essa afirmativa, então, você pode usar a segunda lei da termodinâmica para verificar se o processo nas condições de temperatura e pressão ditas no enunciado, podem ocorrer ou não.

Vamos relembrar que a segunda lei da termodinâmica diz que a variação de entropia de um sistema isolado, isto é, um sistema adiabático, é sempre maior ou igual a zero, caso contrário, o processo não pode ocorrer

∆ S ≥ 0

Passo 3

Então, vamos calcular a variação de entropia do processo

Você pode calcular a variação de entropia do processo a partir de um balanço de entropia, cuja expressão é

∆ S = m ( S ^ 2 - S ^ 1 ) = Q T + σ

Onde,

-m é a massa do fluido;

-Q, é o calor transferido;

-T é a temperatura;

-ΔS é a variação de entropia, em unidades de kJ/K;

- S ^ 2 , é entropia especifica do estado 2, em unidades de kJ/kgK;

- S ^ 1 , é entropia especifica do estado 1, em unidades de kJ/kgK;

-σ é a taxa de geração de entropia;

Você já sabe que não há transferência de calor no processo, Q=0, pois é um processo adiabático, como foi dito no enunciado, então o balanço de entropia fica simplificado como

∆ S = m S ^ 2 - S ^ 1 = σ

Passo 4

Agora, para calcular a variação de entropia, basta você usar os dados da tabela fornecida lá em cima

Pegando os valores da tabela e aplicando na equação da variação de entropia

σ = ∆ S = 5   k g 7,3115 - 7,6350 k J k g K = - 1,6175 k J K

Passo 5

Vamos agora analisar o resultado com base na segunda lei da termodinâmica.

Como a segunda lei da termodinâmica diz que a variação de entropia é sempre maior ou igual a zero, e você pode ver que o valor encontrado foi negativo.

Portanto, você pode concluir que o processo, nas condições de temperatura e pressão atribuídas, não é possível de ocorrer de forma adiabática.

Resposta

O processo descrito não é possível de ocorrer de forma adiabática, pois desrespeita a segunda lei da termodinâmica.

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