Enunciado

Uma região de transferência de calor de uma caldeira é alimentada com 3   k g / s de água no estado líquido saturado a 2   M P a . A água sai dessa região como vapor saturado a 2   M P a e o processo que ocorre na região pode ser modelado como reversível. Prove que, nessas condições e utilizando a primeira e a segunda leis da termodinâmica, não existe trabalho de eixo no processo que ocorre na região da caldeira.

Passo 1

E aí, tudo bem?

Bora resolver uma questãozinha?

Vai ser rápido e fácil!

Vamos juntos!

Começamos o problema analisando o processo:

Estágio Inicial:

p = 2   M P a

Pela Tabela B.1.2, obtemos a temperatura, a entalpia e entropia inicial do processo de líquido saturado sob a pressão dada:

T = 212,42 ° C = 485,57   K

h 1 = h l = 908,77   k J / k g

s 1 = s l = 2,4473   k J / k g ⋅ K

Estágio Final:

Sabemos que a pressão de saída é a mesma de entrada, mas a água sai em forma de vapor saturado, então pela mesma tabela, temos:

p = 2   M P a

T = 212,42 ° C = 485,57   K

h 2 = h v = 2799,51   k J / k g

s 2 = s v = 6,3408   k J / k g ⋅ K

Passo 2

Agora, utilizando a 1ª e 2ª Lei, provaremos que não existe trabalho envolvido no processo.

Primeiramente, temos que calcular o calor transferido:

q = T ( s 2 - s 1 )

Substituindo os termos:

q = 485,57 ⋅ 6,3408 - 2,4473

q = 1890,6   k J / k g

Agora, por fim, devemos calcular o trabalho envolvido no processo:

W = ( h 1 - h 2 ) + q

Substituindo os termos:

W = 908,77 - 2799,51   + 1890,6

W = - 0,1   k J / k g

Como o valor é muito próximo de 0, consideramos que não há trabalho envolvido no processo.

Chegamos ao final!

Fácil né?

Até a próxima!

Resposta

W = - 0,1   k J / k g

Por ser muito próximo de 0, consideramos que não há trabalho envolvido

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