Enunciado

Uma determinada quantidade de refrigerante-134a a 240 kPa e 20 °C sofre um processo isotérmico em um sistema fechado até que seu título seja de 20%. Determine a quantidade de trabalho e a transferência de calor – por unidade de massa – necessários para o processo. O sistema é mostrado na Figura 1.

Figura 1: Processo isotérmico realizado num sistema fechado

Passo 1

Entendendo o problema:

O problema consiste em submeter um sistema fluido a um processo isotérmico (temperatura constante) de forma a obter no estado final um sistema constituído de mistura liquido-vapor cujo o título é 20 % . Pede-se o calor transferido e o trabalho realizando no processo.

Condições:

  1. Processo reversível, em condições de causa-equilíbrio
  2. Energia cinética e potencial desprezível
  3. Processo isotérmico

Passo 2

Coletando dados:

Estado inicial:

  • P 1 = 240   K P a
  • T 1 = 20 ℃

Consultando a tabela A-13. Para o refrigerante-134a sob a forma de vapor saturado:

  • m 1 = 246,74   k J / K g
  • S 1 = 1,0134   k J / K g   .   K

Estado final:

  • T 2 = T 1 = 20 ℃
  • X 2 = 0,2 (Título, porcentagem máxima em massa da fase gasosa)

Para tabela A-11, para refrigerante-134ª sob mistura líquido-vapor:

  • m f = 78,86   k J / K g
  • m f g = 162,16   k J / K g
  • m 2 =   m f + x 2 m f g = 78,86 + 0,2 162,72 = 111,29   k J / K g
  • S f = 0,30063   k J / K g   .   K
  • S f g = 0,6472   k J /   K g   . K
  • S 2 = S f + X 2 S f g = 0,30063 + 0,2 .   0,62172 = 0,42497   k J / K g . K

Passo 3

Calculando o que o calor e o trabalho envolvidos no processo:

Como o processo é isotérmico, o calor por unidade de massa é determinado como:

Q = T ∆ S = T S 2 - S 1 = 293   K   .   0,42497 - 1,0134 k J / K g   . k =   - 172,4 k / K g

O calor é negativo, o que significa que foi retirado do sistema. O trabalho é determinado de acordo com a primeira lei da termodinâmica:

W= Q +( h 2 - h 1 ) = 172,4   k J / K g + ( 111,29 - 246,74   k J / K g = 36,95   k J / K g

Resposta

Respostas: 37,0 kJ/kg; 172 kJ/kg

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