6.52 – Três quilogramas de Refrigerante 134a inicialmente como vapor saturado a 20ºC são expandidos até 3,2 bar, 20º C. Durante esse processo, a temperatura do refrigerante apresenta um desvio inferior a 0,01 ºC em relação a 20ºC. Determine a quantidade mínima teórica de calor transferida do refrigerante durante o processo, em kJ.
Passo 1
Antes de começar, você pode iniciar avaliando quais as considerações a se fazer, com base no que foi dito no enunciado.
A consideração que você pode fazer é:
-Sistema fechado, pois nada é dito sobre escoamento do fluido;
Passo 2
Nessa questão foi pedido a quantidade mínima teórica de calor transferido. Essa quantidade mínima teórica pode ser avaliada em termos da geração de entropia do sistema.
Vamos relembrar que a geração de entropia é sempre maior ou igual a zero, sendo igual a zero para processo reversível e maior que zero para processo irreversível. A partir destes conceitos, você determinar este mínimo calor transferido.
Passo 3
Então, vamos determinar o calor em relação a geração de entropia.
Para a geração de entropia, temos o balanço de entropia, cuja expressão para sistemas fechados é
Onde,
-Q, é o calor transferido;
-Tb é a temperatura da vizinhança do sistema;
-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;
Isolando Q,
Considerando que a mínima quantidade de calor transferida acontece quando o processo é internamente reversível, e quando isto é dito, a geração de entropia é nula (σ=0). Dessa forma, para o cálculo do calor
Passo 4
Calculando as entropias especificas:
As entropias específicas podem ser determinadas a partir da uma tabela de dados para o Refrigerante 134a.
Você vai usar os dados de temperatura T1=20ºC, para
Pela Tabela A-10 do livro Shapiro-Princípios da Termodinâmica, 7ª Edição, para vapor saturado:
Você vai usar os dados de temperatura T2=20ºC e p2=3,2 bar para .
Pela Tabela A-12 do livro Shapiro-Princípios da Termodinâmica, 7ª Edição:
Passo 5
Calculando Q
Substituindo os valores