Enunciado

Considere um motor térmico de Carnot que utiliza amônia como fluido de trabalho. A temperatura do reservatório térmico onde se transfere Q q é 60 ° C . Neste processo de transferência de calor, a amônia se transforma de líquido saturado em vapor saturado. Sabendo que a pressão na amônia é igual a 190   k P a no processo de rejeição de calor, determine T L , a eficiência do ciclo, o calor transferido no ciclo, por quilograma de amônia, e a entropia da amônia no início da rejeição de calor para a fonte fria.

Passo 1

Opa, tudo bem?

Vem comigo resolver uma questão de termodinâmica?

Então borá lá!

Começamos o problema desenhando um ciclo de Carnot para facilitar nossa visualização e entendimento do sistema proposto:

Passo 2

Começando a resolver nosso problema, primeiramente iremos determinar T L .

Analisando o ciclo construído, sabemos que:

T L = T 3 = T 4

Conseguimos obter T L com a seguinte informação:

“a pressão na amônia é igual a 190   k P a no processo de rejeição de calor”

Que nos indica que:

T L = T s a t p = T s a t 190   k P a

Na Tabela B.2.1, obtemos o valor de:

T L = T s a t 190   k P a = - 20 ° C = 253   K

Passo 3

Seguindo, calcularemos a eficiência do ciclo:

n = W c i c l o q H = T H - T L T H

Dados:

T H = 60 ° C = 333   K ;

T L = 253   K .

Temos:

n = 333 - 253 333 = 0,24

n = 0,24

Passo 4

Agora, calcularemos o calor transferido no ciclo da seguinte forma para T constante (60°C):

q H = ∫ T d s

Integrando, obtemos:

q H = T s 2 - s 1 = T s l v

Modificando a equação, concluímos que:

T s l v = h 2 - h 1 = h l v

Assim:

q H = h l v

Na Tabela B.2.1, o valor da entalpia de evaporação para a amônia saturada a 60°C é de:

q H = h l v = 997   k J / k g

Passo 5

Temos que o início rejeição de calor para a fonte fria acontece no Ponto 3, como podemos ver no ciclo do Passo 1, a entropia do Ponto 3 é semelhante a entropia no Ponto 2, desse modo a entropia da amônia nesses pontos é dada por:

s 3 = s 2 = s v = 4,6577   k J / k g ⋅ K

Conseguimos chegar até o nosso resultado!

Até logo!

Resposta

T L = - 20 ° C = 253   K

n = 0,24

q H = h l v = 997   k J / k g

s 3 = 4,6577   k J / k g ⋅ K

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