Enunciado

Uma certa massa de vapor saturado de R-134a a 100 ° F é condensada a uma pressão constante até se tornar líquido saturado em um sistema fechado pistão-cilindro. Calcule a transferência de calor e o trabalho realizado durante esse processo, em B t u / l b m .

Passo 1

A primeira etapa para resolver este problema é entender que este é um processo isobárico, pois ela vai de uma condição de vapor saturado a líquido saturado a 100 ° F , mas a pressão também é constante por se encontrar na região de líquido-vapor saturados.

Além disso, precisamos realizar um balanço de energia por unidade de massa neste sistema:

e e n t r a - e s a i =   ∆ e s i s t e m a

O lado esquerdo da equação representa a quantidade líquida de energia transferida na forma de trabalho e calor. Já o lado direito representa a variação de energia no sistema na forma de energia potencial, energia cinética ou energia interna.

Reescrevendo a equação, temos:

( q e n t r a +   w e n t r a ) - ( q s a i +   w s a i ) =   ∆ u +   ∆ k e +   ∆ p e

Como o problema não informa nada sobre uma diferença nas energias cinética e potencial dos estados inicial e final do sistema, temos que ∆ k e =   ∆ p e = 0 .

Além disso, o problema afirma que o sistema é resfriado, ou seja, energia em forma de calor é adicionada ao sistema. Logo, q e n t r a = 0 .

O único trabalho que ocorre no processo é o trabalho de fronteira, pois não há algum equipamento de eixo. Além disso, o enunciado não afirma nada sobre trabalho entrando no sistema, logo w e n t r a = 0   e w s a i = w f .

Devemos lembrar também que a equação para calcular o trabalho de saída de um processo a pressão constante é:

w s a i = w f = P ( ν 2 - ν 1 )

Sendo assim, nosso balanço se torna:

- q s a i - w s a i =   ∆ u    

Podemos reescrever a equação também na forma:

- q s a i - P ( ν 2 - ν 1 ) =   ∆ u    

Vamos lembrar, também, da definição de entalpia:

h = u + P ν

Podemos reorganizar nossa equação de balanço para fazer aparecer a entalpia:

- q s a i - P ν 2 - ν 1 =   ∆ u →     - q s a i =   P ν 2 - ν 1 + ∆ u =       P ν 2 - ν 1 + u 2 - u 1 = u 2 + P ν 2 - u 1 + P ν 1  

Assim:

- q s a i =   u 2 + P ν 2 - u 1 + P ν 1 =   h 2 - h 1

Passo 2

Para calcular o calor devemos procurar as propriedades do refrigerante R-134a em suas tabelas termodinâmicas.

Devemos ir na Tabela A-11E (página 976) e utilizar as propriedades tabeladas para o R-134a como líquido e vapor saturados.

T = 100   ° F c o n d i ç ã o   d e   l í q u i d o   e   v a p o r   s a t u r a d o s →   h 1 = h v a p o r   s a t u r a d o =   116,20   B t u / l b m h 2 = h l í q u i d o   s a t u r a d o =   45 , 124   B t u / l b m

Substituindo os dados encontrados no passo anterior na equação de balanço:

q s a i =   - h 2 - h 1 = - ( 45,124   B t u / l b m - 116,20   B t u / l b m ) =   71,08   B t u / l b m  

Passo 3

Para calcular o trabalho, devemos ir novamente na Tabela A-11E para encontrar os volumes específicos nesses estados.

T = 100   ° F c o n d i ç ã o   d e   l í q u i d o   e   v a p o r   s a t u r a d o s →   ν 1 = ν v a p o r   s a t u r a d o =   0,34045     p é ³ / l b m ν 2 = ν l í q u i d o   s a t u r a d o =   0,0138 6     p é ³ / l b m

Além disso, a essa temperatura P = P s a t = 138,93   p s i a

Substituindo na equação para o trabalho:

w s a i = P ν 2 - ν 1 = 138,93   p s i a 0,01386   p é ³ / l b m - 0,34045   p é ³ / l b m

w s a i =   - 45,37   p s i a . p é 3 / l b m

Considerando que 1 B t u vale 5,404 p s i a . p é ³ :

w s a i =   - 45,37   p s i a . p é 3 / l b m 1   B t u 5,404   p s i a . p é 3 =   - 8,40   B t u / l b m

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

Defina essas termos: ciclo, amplitude, ângulo de fase, frequência linear, período e frequência natural.
Qual é a relação entre τ , ω e f ?
Quais são os tipos comuns de amortecimento?
Quais são as três partes elementares de um sistema vibratório?
Amônia a 0 ° C , com título de 60 % , está contida em um tanque rígido com volume de 200l . O tanque e a amônia são então aquecidos até atingir uma pressão final de 1M P a . Determine o calor transfer