Segunda Lei da Termodinâmica: Calor Trocado em Processo de Vaporização
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1) O problema descreve um cilindro contendo água saturada sob pressão de uma massa. 2) Ao calcular o trabalho e o calor trocado durante o processo de aquecimento, encontra-se que a temperatura final da água é de 101,16°C, o trabalho realizado é de 160,8 kJ e o calor fornecido é de 2536 kJ.
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- 1. CENTRO UNIVERSITÁRIO FUNDAÇÃO SANTO ANDRÉ FACULDADE DE ENGENHARIA ENGº CELSO DANIEL – FAENG Termodinâmica Aplicada SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA Orientador: Prof. Roberto Bezerra Santo André-SP – maio 2009
- 2. EXERCICIO – AULA 16/05/2009 O cilindro mostrado na figura abaixo contém 1kg de água saturada (líquido + vapor) à 30ºC. O êmbolo tem uma área seccional de 0,065m², uma massa de 40kg repousa sobre as linguetas conforme mostrado. O volume neste ponto é 100 L, a aceleração local da gravidade é de 9,75m/s², e a pressão atmosférica local é de 100KPa. O calor transferido ao sistema até que o cilindro contenha apenas vapor saturado. A- Qual a temperatura da água quando o êmbolo deixa as linguetas? B- Calcular o trabalho efetuado pela água durante o processo. C- Calcular o calor trocado durante o processo. Pemb Patm êmbolo vapor linguetas líquido
- 3. RESOLUÇÃO – ITEM A ( Cálculo da Temperatura) m⋅ g 40kg ⋅ 9,75m / s ² Pemb = ⇒ = 6000 Pa ⇒ 6 KPa A 0,065m² Patm = 100 KPa ⇒ P2 = 100 + 6 ⇒ P2 = 106 KPa P (KPa) T (ºC) 100 99,63 125 − 100 105,99 − 99,63 = ⇒ x = 101,16º C 106 x 125 − 106 105,99 − x 125 105,99
- 4. RESOLUÇÃO – ITEM B ( Cálculo do Trabalho W) W=P∆U P (KPa) vv(m³/Kg) W=P.m. ∆V 100 1,6940 106 x 125 1,3749 125 − 100 1,3749 − 1,6940 = ⇒ x = 1,617 m³ / kg 125 − 106 1,3749 − x N m³ W = 106 K ⋅1kg ⋅ (1,1617 − 0,1) ⇒ W = 160,8 KJ m² kg
- 5. RESOLUÇÃO – ITEM C Q=? ∆U=Q-W ∆U=m(µf-µi) P (KPa) µf(KJ/kg) 100 2506,1 106 x 125 2513,5 125 − 100 2513,5 − 2506,1 = = 2507,88 KJ / kg 125 − 106 2513,5 − x
- 6. RESOLUÇÃO – ITEM C (Calor Trocado Q) µi=? v = x ⋅ vv + (1 − x) ⋅ vl P=106KPa 0,1 = x ⋅ 32,89 + (1 − x) ⋅ 0,001004 ul=125,78KJ/kg x = 0,003 uv=2416,6KJ/kg µ1 = µ ⋅ vx + (1 − x) ⋅ µl µ1 = 2416,6 ⋅ 0,003 + (1 − 0,0003) ⋅ 125,78 µ1 = 132,65KJ / kg ∆U=1 kg*(2507,86-132,65)KJ/kg ∆U=2375,20 KJ Q=∆U+W Q=2375,20+160,8 Q=2536 KJ