6.46 Uma libra-massa (0,45 kg) de Refrigerante 134ª contida em um conjunto cilindro-pistão passa por um processo de um estado no qual a temperatura é de 60ºF (15,6 ºC) e o refrigerante é líquido saturado até um estado em que a pressão é de 140 lbf/in2 (965,3 kPa) e o título é de 50%. Determine a variação de entropia especifica do refrigerante, Btu/lb.ºR. Esse processo pode ser realizado adiabaticamente?
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 o fluido está contido em um conjunto cilindro-pistão;
-Sem variação de energia cinética e potencial.
Passo 2
Nessa questão, foi perguntado a você que se é possível que o processo ocorra de forma adiabática, nas condições estabelecidas. Lembrando que, um processo adiabático é um processo que não ocorre transferência de calor, Q=0.
Para avaliar isso, você pode usar a segunda lei da termodinâmica para verificar se o processo adiabático, nas condições de temperatura e pressão ditas no enunciado, respeita essa lei ou não.
Vamos relembrar que a segunda lei da termodinâmica diz que a geração de entropia em um processo, é sempre maior ou igual a zero, caso contrário, o processo não pode ocorrer.
Passo 3
Calculando a geração de entropia do processo.
Você pode calcular a geração de entropia do processo a partir de um balanço de entropia, cuja expressão para um sistema fechado é
Onde,
-Q, é o calor transferido;
-Tb é a temperatura da vizinhança;
-ΔS é a variação de entropia, em unidades de kJ/K;
-, é a entropia especifica no estado 2;
-, é a entropia especifica no estado 1;
-σ é a taxa de geração de entropia;
Vamos atribuir que não há transferência de calor no processo, Q=0, pois queremos verificar se ele pode ocorrer de forma adiabática. Então, com o calor sendo nulo, o balanço de entropia fica simplificado como
Passo 4
Calculando as entropias especificas:
O valor de , você pode achar em uma tabela de dados para o refrigerante 134a saturado, usando o valor de temperatura de 60ºF.
Pela Tabela A-10E do Shapiro-Princípios da Termodinâmica, 7ª Edição, para líquido saturado:
No estado 2 você vai usar os dados de p2=140 lbf/in2 (965,3 kPa) e o título, x2=0,5, pois a água está em uma mistura líquido-vapor nesse estado.
Usando a definição de título
Onde,
-, é a entropia especifica do estado 2;
-, é a entropia especifica do líquido saturado;
-, é a entropia especifica do vapor saturado;
Os valores para , , são encontrados diretamente na tabela de dados na pressão de 140 lbf/in2.
Pela Tabela A-11E do livro Shapiro-Princípios da Termodinâmica, 7ª Edição:
Aplicando os valores
Passo 5
Calculando ΔS:
Substituindo os valores
Passo 6
Vamos agora analisar o resultado com base na segunda lei da termodinâmica.
Como a segunda lei da termodinâmica diz que a geração de entropia é sempre maior ou igual a zero, e você pode ver que o valor encontrado foi positivo.
Portanto, você pode concluir que o processo, nas condições de temperatura e pressão atribuídas, é possível de ocorrer na forma adiabática, ou seja, ele pode ocorrer sem transferência de calor para a vizinhança.
Resposta
O processo descrito pode ser realizado de forma adiabática, pois respeita a segunda lei da termodinâmica, σ≥0.