Um tanque rígido isolado com volume de se encontra conectado por uma válvula a um grande vaso contendo vapor a . O tanque está inicialmente evacuado. A válvula é aberta apenas o tempo necessário para que o tanque seja preenchido com vapor à pressão de . Determine:
a) a temperatura final do vapor no tanque, em .
b) a massa final do vapor no tanque, em .
c) a quantidade de entropia gerada, em .
Passo 1
E aí, tudo bem?
Bora resolver essa questão comigo?
Vamos lá!
Começamos o nosso problema sabendo que o tanque é inicialmente evacuado, ou seja, inicialmente não há massa dentro do tanque.
Temos que a válvula conectada ao tanque fechará quando a pressão do tanque atingir 20 bar.
Além disso, não há transferência de massa entre o tanque e o tubo, assim, a massa total inserida no tanque é constante.
Aplicando um balanço de energia para o tanque considerando o volume do tanque como o volume de controle:
Como o tanque é rígido e isolado, não há interações de trabalho e calor:
Então:
Abrindo:
Como o tanque é inicialmente evacuado, inicialmente não há energia interna:
Da nossa primeira equação, temos:
Passo 2
Letra a)
Obtendo as propriedades de estado inicial e final pelas tabelas de propriedades do vapor d’água superaquecido, a uma pressão de e uma temperatura de :
Assim, pela equação do Passo 1:
Obtendo a temperatura do ar por interpolação a e :
Fazendo o mesmo esquema para o volume específico:
Passo 3
Letra b)
Calculando a massa do vapor final no tanque:
Substituindo os dados:
Passo 4
Letra c)
Do mesmo modo do Passo 2, obtemos a seguinte entropia por interpolação para a e :
Como o processo não envolve nenhuma transferência de calor ou trabalho, a entropia produzida nada mais é do que a diferença entre a entropia final e a entropia inicial da massa do gás que entrou:
Te espero na próxima questão!