Traducao Termodinamica

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5.a
 Em um ciclo completo qual é a variação líquida em energia e em volume?
 Para um ciclo completo, a substância possui nenhuma mudança na energia e, portanto, nenhum armazenamento,
 por isso a mudança líquida em energia é zero.
 Para um ciclo completo da substância retorna ao seu estado inicial, de modo que não tem alteração no volume específico e, por conseguinte, nenhuma mudança no volume total.
5.b
Explicar em palavras o que acontece com os termos de energia para a pedra no Exemplo 5.2. O que aconteceria se fosse uma bola caindo para uma superfície dura?
No início toda a energia é energia potencial associada com a força gravitacional. Como a pedra cai a energia potencial é transformado em energia cinética e no impacto a energia cinética é transformada em energia interna da pedra e da água. Finalmente, a uma temperatura superior da pedra e água provoca uma transferência de calor para o ambiente até que a temperatura ambiente é atingida.
Com uma bola de disco em vez de a pedra o impacto seria perto de elástico transformar a energia cinética em energia potencial (os factos materiais como uma mola), que depois é transformado em energia cinética novamente como a bola salta de volta. Em seguida, a bola sobe transformar a energia cinética em energia potencial (MGZ) até a velocidade zero é atingida e ele começa a cair novamente. A colisão com o chão não é perfeitamente elástica para que a bola não subir exactamente até a altura original de perder um pouco de energia em energia interna (temperatura mais elevada devido ao atrito interno) com cada salto e, finalmente, o movimento vai morrer. Toda a energia eventualmente é perdido por transferência de calor para o ambiente ou senta-se na duração de deformação (energia interna) da substância.
5.c
Faça uma lista de pelo menos cinco sistemas que armazenam energia, explicando que forma de energia.
Uma mola que é comprimida. Energia potencial (1/2) KX2
Uma bateria que é carregada. Energia potencial elétrica. V Amp h
Uma massa elevada (poderia ser de água bombeada até superior) Energia potencial MGH
Um cilindro com ar comprimido. Energia potencial (interno) como uma mola.
Um tanque com água quente. Mu interno da energia
Um volante. A energia cinética (rotação) (1/2) Iω2
Uma massa em movimento. A energia cinética (1/2) mV2
5.d
A massa constante passa por um processo em que 100 J de calor transferência entra e 100 J de folhas de trabalho. Será que a massa de estado mudar?
Sim.
Como o trabalho deixa um controle massa o seu volume deve subir, contra aumentos
Como a transferência de calor vem em um montante igual ao trabalho fora significa u é constante, se não houver mudanças na energia cinética ou potencial.
5.e
A água é aquecida a partir de 100 kPa, 20 ° C a 1000 kPa, 200oC. Em um caso, a pressão é aumentada a T = C, então T é levantada em P = C. Num segundo caso, a ordem oposta é feito. Isso faz alguma diferença para 1Q2 e 1W2?
Sim. Ambos 1Q2 e 1W2 são dependentes processo. Podemos ilustrar o termo trabalho em um diagrama P-V.
Em um caso, o processo avança de 1 a estado "a" constante ao longo T seguida de "a" para o estado 2, juntamente constante P.
O outro caso procede do 1 para o estado "b" ao longo constante P e, em seguida, a partir de "b" para o estado 2, juntamente T. constante
5.f
A rígida com isolamento do tanque Uma contém água a 400 kPa, 800C. Uma tubulação e válvula de ligar este para outro rígida tanque B isoladas de volume igual com vapor de água saturado a 100 kPa. A válvula é aberta e permanece aberta enquanto a água nos dois tanques trata de um estado final uniforme. Quais duas propriedades determinar o estado final?
Continuidade eq .: m2 - m1a - M1b = 0 ⇒ m2 = m1a + M1b
Eq Energia .: m2u2 - m1Au1A - m1Bu1B = 0-0
Processo: Duplas: 1Q2 = 0,
Rígida: V2 = C = VA + VB ⇒ 1W2 = 0
De continuidade eq. e processo: v2 = V2 / m2 = m1Am2 V1a + m1Bm2 v1b
A partir de energia eq .: u2 = m1Am2 U1A + m1Bm2 U1B
Estado final 2: (v2, u2) ambos são a média ponderada em massa dos valores iniciais.
5.g
Para determinar v ou u para algum líquido ou sólido, é mais importante que eu saiba P ou T?
T é mais importante, v e u são quase independente de P.
5.h
Para determinar v ou u para um gás ideal, é mais importante que eu saiba P ou T?
Para v eles são igualmente importantes (V = RT / P), mas apenas de T para U é importante. Para um gás ideal u é uma função de T única (independente de P).
5.i
Eu de calor 1 kg de substância a uma pressão constante (200 kPa) de 1 grau. Quanto calor é necessária se a substância é água a 10oC, aço a 25oC, ar a 325 K, ou gelo a -10 ° C.
Aquecimento a pressão constante dá (lembre-se a análise na Seção 5.5, página 141)
1Q2 = H2 - H1 = m (h2 - h1) ≈ m Cp (T2 - T1)
Para todos os casos: 1Q2 = 1 kg × C × 1 K
10oC água, 200 kPa (líquido) de modo A.4: C = 4,18 kJ / kg-K, 1Q2 = 4,18 kJ
25oC aço, 200 kPa (sólido), de modo A.3: C = 0,46 kJ / kg-1Q2 K = 0,46 kJ
Air 325 K, 200 kPa (gás), de modo A.5: Cp = 1.004 kJ / kg K-1Q2 = 1.004 kJ
-10oC Gelo, 200 kPa (sólido), de modo A.3: C = 2,04 kJ / kg-1Q2 K = 2,04 kJ
Comentário: Para a água líquida que poderíamos ter interpolados h2 - h1 da Tabela B.1.1 e para o gelo que se poderia utilizado Tabela B.1.5. Para ar que poderia ter A.7 tabela usada.
5.1
O que é um cal em unidades SI e qual é o nome dado a um Nm?
Olhe na tabela A.1 fator de conversão de energia sob:
1 cal (Int.) = 4,1868 J = 4,1868 Nm = 4,1868 kg m2 / s2
Este foi historicamente definida como a transferência de calor necessária para trazer a 1 g de água no estado líquido a partir de 14.5oC 15.5oC, notar o valor da capacidade térmica da água na Tabela A.4
1 Nm = 1 J ou Força vezes deslocamento = energia = Joule
5.2
Por que escrever AE ou E2 - E1 enquanto nós escrevemos 1Q2 e 1W2?
AE ou E2 - E1 é a mudança na energia armazenada a partir de um estado para o estado 2 e depende apenas de estados 1 e 2 não sobre o processo entre 1 e 2.
1Q2 e 1W2 são quantidades de energia transferida durante o processo de entre 1 e 2 e dependem do caminho de processo. As quantidades estão associados com o processo e não são propriedades de estado.
5.3
Se um processo em uma massa controle aumenta E2 energia - E1> 0 que você pode dizer alguma coisa sobre o sinal para 1Q2 e 1W2?
Não.
O saldo líquido dos termos de transferência de calor e de trabalho a partir da equação de energia é
E2 - E1 = 1Q2 - 1W2> 0
mas que não separa o efeito dos dois termos.
5.4
Quando você encerrar uma mola em um brinquedo ou esticar um elástico o que acontece em termos de trabalho, energia e transferência de calor? Mais tarde, quando eles são liberados, o que acontece em seguida?
Em ambos os processos de trabalho é colocado no dispositivo e a energia é armazenada como energia potencial. Se a mola ou borracha é inelástica alguns da entrada trabalho entra em energia interna (torna-se mais quente ou permanentemente deformado), e não em sua energia potencial. Sendo mais quente do que o ar ambiente, arrefece-se lentamente até à temperatura ambiente.
Quando a banda de mola de borracha ou é libertado a energia potencial é transferido de volta para o trabalho dado ao sistema ligado à extremidade da banda de mola ou de borracha. Se nada for conectado a energia entra em energia cinética e o movimento é então amortecida como a energia é transformada em energia interna.
CV A é a massa dentro de um pistão-cilindro, CV B é mais que o pistão do lado de fora, que é a atmosfera padrão. Escreva a equação de energia e duração de trabalho para os dois currículos supondo que temos um diferente de zero Q entre o Estado e um Estado
CV A: E2 - E1 = mA (e2 - e1) = mA (u2 - u1) = 1Q2 - 1WA2
1WA2 = ∫ P dV = P (V2 - V1)
CV B: E2 - E1 = mA (e2 - e1) + mpist (e2 - e1) = mA (u2 - u1) + mpist (gZ2 - GZ1)
= 1Q2 - 1WB2
1WB2 = ∫ Po Po dV = (V2 - V1)
Observe como o P dentro de CV A é P = Po + mpistg / Acil ou seja, o primeiro período de trabalho é maior do que o segundo. A diferença entre os termos de trabalhoé exatamente igual à energia potencial do pistão sentado no lado esquerdo da Eq CV energia B. As duas equações são matematicamente idênticas.
1WA2 = P (V2 - V1) = [Po + mpistg / Acilo] (V2 - V1) = 1WB2 mpistg + (V2 - V1) / Acilo
= 1WB2 + mpistg (Z2 - Z1)
5.6
 Vapor de água saturada tem um máximo de u and h em cerca de 235 ° C. É semelhante para outras substâncias?
 Olhe para as várias substâncias listadas no Apêndice B. Todo mundo tem um máximo u h e em algum lugar ao longo da linha de vapor saturado a T diferente para cada substância. Isto significa que os u e h curvas constantes são diferentes das curvas T constantes e alguns deles cruzar a linha de vapor saturado duas vezes, ver o desenho abaixo. 
H linhas constantes são
semelhante à constante
u linha mostrada.
Observe a linha u constante (ou H) torna-se paralelamente às linhas de T na região constante de vapor sobreaquecido para o baixo P em que é um gás ideal. No diagrama Tv a linha u constante (ou h) se torna horizontal na região do gás ideal.
5,7
Alguns água em estado líquido é aquecido por isso se torna vapor superaquecido. Eu uso u ou h na equação de energia? Explicar.
A equação da energia para uma massa controle é: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
O armazenamento de energia é uma mudança de u (quando negligenciamos mudanças de energia cinética e potencial) e que é sempre assim. Para resolver para a transferência de calor que tem de conhecer o trabalho no processo e é para um determinado processo (P = C) que o termo trabalho combina-se com a mudança de u para dar uma mudança na h. Para evitar confusão, você deve sempre escrever a equação de energia, como mostrado acima e substituir a expressão apropriado para o período de trabalho quando você sabe a equação processo que permite avaliar o trabalho.
5.8
Alguns água em estado líquido é aquecido por isso se torna vapor superaquecido. Posso usar o calor específico para encontrar a transferência de calor? Explicar.
NÃO.
O calor específico não pode dar qualquer informação sobre a energia necessária para fazer a mudança de fase. O calor específico é útil para monofásicos apenas mudanças de estado.
5.9
Olhe para o valor de R-410a para uf a -50 ° C. A energia pode realmente ser negativo? Explicar.
O valor absoluto de L e H são arbitrárias. A constante pode ser adicionada a todos os valores de U e h e a tabela ainda é válido. É habitual para seleccionar a referência de tal modo que L para a água líquida saturado no ponto triplo é zero. O padrão para os refrigerantes R-410a como é que h é definido como zero como líquido saturado a -40 ° C, outras substâncias como substâncias criogênicas como o nitrogênio, metano, etc., podem ter diferentes estados em que h é definido como zero. As tabelas de gases ideais usar um ponto zero para h como 25oC ou no zero absoluto, 0 K.
5.10
Um tanque rígido com ar pressurizado é usado para a) aumentar o volume de um arranjo de mola cilindro pistão linear (geometria cilíndrica) e b) a estourar um balão esférico. Suponha que em ambos os casos P = A + BV com a mesma A e B. O que é a expressão para o período de trabalho em cada situação?
A expressão é exactamente o mesmo; a geometria não importa, contanto que têm a mesma relação entre P e V, em seguida
1W2 = ∫ P dV = ∫ (A + BV) dV
= A (V2 - V1) + 0,5 B (V22 - V21)
= A (V2 - V1) + 0,5 B (V2 + V1) (V2 - V1)
= 0,5 [A + B V2 + A + B V1] (V2 - V1)
= 0,5 (P1 + P2) (V2 - V1)
Observe a última expressão dá diretamente a área abaixo da curva no diagrama PV.
5.11
Um gás ideal em um pistão-cilindro é aquecido com 2 kJ durante um processo isotérmico. Quanto trabalho está envolvido?
Energia Eq .: u2 - u1 = 1q2 - 1W2 = 0 desde u2 = u1 (isotérmica)
Então
1W2 = m 1W2 = 1Q2 = m 1Q2 = 2 kJ
5.12
Um gás ideal em um pistão-cilindro é aquecida com 2 kJ durante um processo isobárica. É a pos trabalho., Neg. Ou zero?
À medida que o gás é aquecido e aumento u T e uma vez que PV = MRT segue-se que o aumento de volume e, assim, trabalho sai.
w> 0.
5.13
Você aquecer um gás 10 K em P = C. Qual deles na Tabela A.5 requer mais energia? Por quê?
Um processo de pressão constante em uma massa controle dá (lembre Eq.5.29)
1q2 = u2 - u1 + 1W2 = h2 - h1 ≈ Cp AT
Aquele com o maior calor específico é hidrogénio, H2. O hidrogénio tem a massa menor, mas a mesma energia cinética por mole como outras moléculas e, assim, a maior parte da energia por unidade de massa é necessário para aumentar a temperatura.
5.14
Um aquecedor elétrico de 500 W com um pequeno ventilador dentro aquece o ar, soprando-lo ao longo de um fio elétrico quente. Para cada volume de controle: a) somente b) todo o espaço aéreo e c) Sala total mais o aquecedor, especifique as de armazenamento, de trabalho e de transferência de calor termos como + 500W ou -500W ou 0 W, negligência qualquer Q. através do quarto paredes ou janelas.
 Armazenamento trabalho Transferência de calor
	Arame 0 W 
	 -500 W 
	-500 W 
	ar ambiente 500 W 
	0 W 
	 500 W 
		Tot room 500 W 
	-500 W 
	0 W 
	-500 W
	0 W
	Energia cinética e potencial
	
	
 
5.15
Um movimento do pistão move um 25 kg martelo verticalmente para baixo 1 m do repouso para uma velocidade de 50 m / s em uma máquina de estampagem. O que é a variação da energia total do martelo?
Solução: C.V. Hammerhead
O martelo não muda energia interna (ou seja, mesmo P, T), mas tem uma mudança na energia cinética e potencial.
E2 - E1 = m (u2 - u1) + m [(1/2) V2 2-0] + mg (Z2 - 0)
= 0 + 25 kg x (1/2) x (50 m / s) 2 + 25 kg x 9,80665 m / s2 × (-1) m
J = 31250 - 31005 = 245,17 J J = 31 kJ.
5.16
Uma esfera de aço pesando 5 kg rola horizontal com 10 m / s. Se ele rola um incline quão alto será quando se trata de descansar assumindo gravitação padrão.
CV. Esfera de aço.
Energia Eq .: E2 - E1 = 1Q2 - 1W2 = 0-0 = 0
E1 = mu1 + mgZ1 + 0,5 mV2
E2 = mu2 + 0 + mgZ2
Assumimos a esfera de aço não muda de temperatura (u2 = u1) para, em seguida, a equação da energia dá
mu2 + mgZ2 - mu1 - mgZ1 - 0,5 mV2 = 0
mg (Z2 - Z1) = 0,5 mV2
Z2 - Z1 = 0,5 V2 / g = 0,5 × 102 (m2 / s2) / (9,81 m / s2) = 5,1 m
5.17
Um carro de 1200 kg acelera de zero a 100 km / h sobre uma distância de 400 m. O caminho no final dos 400 m é superior a 10 m de altura. Qual é o aumento total na cinética do carro e energia potencial?
solução:
ΔKE = ½ m (V22 - V21)
V2 = 100 kmh = 100 × 10.003.600 m / s
= 27,78 m / s
ΔKE = ½ × 1200 kg x (27,782-02) (m / s) = 2 463 037 J = 463 kJ
ΔPE = mg (Z2 - Z1) = 1,200 kg × 9,807 m / s2 (10-0) m = 117,684 J = 117,7 kJ
5.18
Um guincho hidráulico levanta um carro 1750 kg 1,8 m em uma oficina de reparação automóvel. A bomba hidráulica, tem uma pressão constante de 800 kPa no seu êmbolo. O que é o aumento da energia potencial do carro e a quantidade de volume deve deslocar a bomba para fornecer a mesma quantidade de trabalho?
Solução: C.V. Car.
Nenhuma mudança na energia cinética ou interna do carro, massa negligência talha.
E2 - E1 = PE2 - PE1 = mg (Z2 - Z1)
= 1750 × 9,80665 × 1,8 = 30 891 J
O aumento da energia potencial é o trabalho no carro de bomba em constante P.
W = E2 - E1 = ∫ ⇒ P DVP AV
AV = E2 - E1P = 30.891.800 × 1000 = 0,0386 m3
5.19
A resistência ao rolamento de um carro depende do seu peso como: F = 0,006 mg. Até onde vai um carro de 1200 kg rolo se o equipamento estiver em neutro quando se dirige a 90 km / h na estrada um nível sem resistência do ar?
solução:
O carro diminui a sua energia cinética a zero, devido à força (constante), que actua ao longo da distância.
m (1 / 2V22 -1 / 2V21) = -1W2 = -∫ F dx = -FL
V2 = 0, V1 = 90 kmh = 90 × 10.003.600 ms-1 = 25 ms-1
-1/2 MV21 = -FL = - 0,006 mgL
􀃆 L = 0,5 V21 0.0006g = 0,5 × 252 × 0,006 9,807 m2 / S2M / s2 = 5311 m
Observação: Mais de 5 km! A resistência do ar é muito mais elevada do que a resistênciaao rolamento de modo que este não é um número realista por si só.
5.20
Um carro de 1200 kg é acelerado de 30 a 50 km / h em 5 s. Quanto trabalho é esse? Se você continuar de 50 a 70 km / h em 5 s; é o mesmo que?
O trabalho de entrada é o aumento de energia cinética. 
O segundo conjunto de condições não se torne o mesmo
5.21
Decolagem do avião de um porta-aviões é assistida por um dispositivo movido a vapor de pistão / cilindro com uma pressão média de 1250 kPa. Uma 17500 kg avião deve ser acelerado a partir de zero a uma velocidade de 30 m / s, com 30% da energia que vem a partir do êmbolo de vapor. Encontre o volume de deslocamento do pistão necessário.
Solução: C.V. Avião.
Nenhuma mudança na energia interna ou potencial; apenas a energia cinética é alterado.
E2 - E1 = m (1/2) (V22 - 0) = 17,500 kg x (1/2) x 302 (m / s) 2
= 7875 000 J = 7875 kJ
O trabalho fornecido pelo êmbolo é de 30% do aumento de energia.
W = ∫ P dV = Pavg AV = 0,30 (E2 - E1)
= 0,30 × 7875 = 2362,5 kJ
AV = WPavg = 2.362,51250 kJkPa = 1,89 m3
5.22
Resolver o problema de 5,21, mas assumem a pressão do vapor no cilindro começa a 1000 kPa, soltando linearmente com o volume de atingir 100 kPa no final do processo.
Solução: C.V. Avião.
E2 - E1 = m (1/2) (V22 - 0)
= 17 500 kg x (1/2) x 302 (m / s) 2
= 7875 000 J = 7875 kJ
W = 0,30 (E2 - E1) = 0,30 x 7875 = 2362,5 kJ
W = ∫ P dV = (1/2) (+ Pbeg Pend) P12 AV VW 1.000.100
AV = WPavg = 2362,5 KJ1 / 2 (1000 + 100) = 4,29 m3 kPa
5.22
Resolver o problema de 5,21, mas assumem a pressão do vapor no cilindro começa a 1000 kPa, soltando linearmente com o volume de atingir 100 kPa no final do processo.
Solução: C.V. Avião.
E2 - E1 = m (1/2) (V22 - 0)
= 17 500 kg x (1/2) x 302 (m / s) 2
= 7875 000 J = 7875 kJ
W = 0,30 (E2 - E1) = 0,30 x 7875 = 2362,5 kJ 
W = ∫ P dV = (1/2) (+ Pbeg Pend) AV
V = WPavg = 2362.5 kJ1/2(1000 + 100) kPa = 4.29 m3 
5.23
Um pistão 25 kg esteja acima de um gás em um cilindro vertical longa. Agora, o pistão é libertado da restante e acelera-se no cilindro de chegar ao fim de 5 m mais elevado, a uma velocidade de 25 m / s. A pressão do gás diminui durante o processo pelo que a média é de 600 kPa com uma atmosfera externa, a 100 kPa. Negligenciar a mudança na cinética de gás e energia potencial, e encontrar a mudança necessária no volume de gás.
solução:
CV. pistão
(E2 - E1) PIST. = M (u2 - u1) + m [(1/2) V22 - 0] + mg (H2 - 0)
= 0 + 25 × (1/2) × 252 + 25 × 9,80665 × 5
= 7812,5 + 1225,8 = 9038,3 J = 9,038 kJ
Equação da energia para o pistão é:
E2 - E1 = Wgas - WATM = Pavg ΔVgas - ΔVgas Po
(observam ΔVatm = - ΔVgas assim que os dois termos de trabalho são de sinal oposto)
ΔVgas = 9,038 600-100 kJkPa = 0,018 m3
VH P o g
P12VPavg
5.24
Um êmbolo de 2 kg é acelerado até 20 m / s a partir do repouso. O constante pressão do gás é necessária se a área é de 10 cm2, o curso 10 centímetros ea pressão externa é de 100 kPa?
CV. pistão
(E2 - E1) PIST. = M (u2 - u1) + m [(1/2) V22 - 0] + mg (0-0)
= (1/2) m V22 = 0,5 × 2 kg x 202 (m / s) 2 = J 400
Equação da energia para o pistão é:
(E2 - E1) PIST. = Wgas - WATM = Pavg ΔVgas - Po ΔVgas
ΔVgas = A L = 10 cm2 × 10 centímetros = 0,0001 m3
Pavg ΔVgas = (E2 - E1) PIST. + Po ΔVgas
Pavg = (E2 - E1) PIST. / ΔVgas + Po
= 400 J / m3 + 0,0001 100 kPa
= 4000 kPa + 100 kPa = 4100 kPa 
Propriedades (u, h) a partir das Tabelas Gerais
5.25
Encontre a fase e as propriedades que faltam de T, P, v, u e x para água em:
uma. 500 kPa, 100oC b. 5000 kPa, u = 800 kJ / kg
c. 5000 kPa, v = 0,06 m3 / kg d. -6 ° C, v = 1 m3 / kg
solução:
a) Procure na Tabela B.1.2 a 500 kPa
T <Tsat = 151oC => líquido comprimido
Tabela B.1.4: v = 0,001043 m3 / kg, u = 418,8 kJ / kg
b) Procure na Tabela B.1.2 a 5000 kPa
u <uf = 1147,78 kJ / kg => líquido comprimido
Tabela B.1.4: entre 180oC e 200oC
T = 180 + (200-180) 800 - 759.62848.08 - 759,62 + 20 = 180 × = 0,4567 189.1oC
v = 0.001124 + 0,4567 (0,001153-0,001124) = 0,001137 m3 / kg
c) Procure na Tabela B.1.2 a 5000 kPa
v> vg = 0,03944 m3 / kg => vapor superaquecido
Tabela B.1.3: entre 400oC e 450oC.
T = 400 + 50 ×,06-0,05781 0,0633-,05781 = 400 + 50 = 0,3989 × 419.95oC
u = + 0,3989 × 2906,58 (2999,64-2906,58) = 2943,7 kJ / kg
d) B.1.5: vi <v <vg = 334,14 m3 / kg => 2 fases, P = Psat = 887,6 kPa,
x = (V - VI) / = vfg (0,01-,000857) = 0,4111 /0.02224
u = ui + x ufg = 248,34 + 0,4111 x 148,68 = 309,46 kJ / kg
5.26
Membros mostrados são colocados em relação à região de duas fases, não uns com os outros. 
5.27
Localizar a fase e as propriedades que faltam de P, T, V, L e X
uma. Água a 5000 kPa, u = 3000 kJ / kg
b. Amoníaco de 50oC, v = 0,08506 m3 / kg
c. Amónia a 28oC, 1200 kPa
d. R-134a a 20oC, u = 350 kJ / kg
a) Verifique na Tabela B.1.2 a 5000 kPa: u> UG = 2597 kJ / kg
Goto B.1.3 é encontrada muito perto de 450oC, X = indefinidos, v = 0,0633 m3 / kg
b) B.2.1 Tabela de 50oC: v> vg = 0,06337 m3 / kg, vapor superaquecido assim
Tabela B.2.2: perto de 1600 kPa, u = 1364,9 kJ / kg, x = indefinido
c) B.2.1 Tabela entre 25 e 30oC: Vemos P> Psat = 1167 kPa (30oC)
Concluímos líquido comprimido sem interpolação.
v = VF = 0.001658 + 28-255 (0,00168-,001658) = 0,00167 m3 / kg
u = uf = 296 + 28-255 (320,46-296,59) = 310,91 kJ / kg
d) Tabela B.5.1 a 20oC: 227,03 = uf <u <ug = 389,19 kJ / kg assim duas fases
x = u - ufufg = 350 - 227.03162.16 = 0,7583, P = Psat = 572,8 kPa
v = VF + x = 0,000817 + vfg x × 0,03524 = 0,02754 m3 / kg
5.28
Encontrar as propriedades ausentes e dar a fase da amônia, NH3.
uma. T = 65oC, P = 600 kPa u =? v =?
b. T = 20 ° C, P = 100 kPa u =? v =? x =?
c. T = 50 ° C, v = 0,1185 m3 / kg u =? P =? x =?
solução:
a) Tabela B.2.1 P <Psat => superaquecido B.2.2 Tabela de vapor:
v = 0,5 × 0,5 × + 0,25981 0,26888 = 0,2645 m3 / kg
u = 0,5 × 1425,7 × 1444,3 + 0,5 = 1,435 kJ / kg
b) B.2.1 Tabela: P <Psat => x = indefinido, vapor superaquecido, a partir B.2.2:
v = 1,4153 m3 / kg; u = 1374,5 kJ / kg
c) Sup. vap. (V> vg) B.2.2 Tabela. P = 1,200 kPa, x = indefinido
u = 1,383 kJ / kg
5.29
Encontrar as propriedades que faltam (u, h e x)
uma. H2O T = 120 ° C, V = 0,5 m3 / kg
b. H2O T = 100 ° C, P = 10 MPa
c. N2 T = 100 K, X = 0,75
d. N2 T = 200 K, P = 200 kPa
e. NH3 T = 100 ° C, V = 0,1 m3 / kg
solução:
a) B.1.1 Tabela: VF <v <vg => L + V mistura, P = 198,5 kPa,
x = (,5-0,00106) /0.8908 = 0,56,
u = 503,48 + 0,56 × 2.025,76 = 1637,9 kJ / kg
b) B.1.4 Tabela: líquido comprimido, v = 0,001039 m3 / kg, u = 416,1 kJ / kg
c) Tabela B.6.1: 100 K, x = 0,75
v = 0.001452 + 0,75 × 0,02975 = 0,023765 m3 / kg
u = -74,33 + 0,75 × 137,5 = 28,8 kJ / kg
d) A Tabela B.6.2: 200 K, 200 kPa
v = 0,29551 m3 / kg; u = 147,37 kJ / kg
e) Tabela B.2.1: v> vg => vapor superaquecido, x = indefinido
B.2.2: P = 1,600 + 400 × 0,1 - 0.105390.08248-0.10539 = 1694 kPa
5.30
Encontrar as propriedades ausentes entre (T, P, v, u, h e x se aplicável) e indicam os estados em um Pv e um diagrama de Tv para
uma. R-410A P = 500 kPa, h = 300 kJ / kg
b. R-410A T = 10oC, u = 200 kJ / kg
c. R-134a T = 40 ° C, h = 400 kJ / kg
solução:
a) B.4.1 Tabela: h> hg => vapor superaquecido, procure na seção 500 kPa e interpolar
T = 0 + 20 × 300 - 287.84306.18 - 287,84 = 20 × 0,66303 = 13,26 ° C,
v = 0,05651 + 0,66303 × (,06231-0,05651) = 0,06036 m3 / kg,
u = 259,59 + 0,66303 × (275,02-259,59) = 269,82 kJ / kg
b) B.4.1 Tabela: u <ug = 255,9 kJ / kg => mistura L + V, P = 1085,7 kPa
x = u - ufufg = 200 - 72.24183.66 = 0,6956,
v = 0.000886 + 0,6956 x 0,02295 = 0,01685 m3 / kg,
h = 73,21 + 0,6956 × = 218,3 208,57 kJ / kg
c) Tabela B.5.1: h <hg => de duas fases L + V, olhar em B.5.1 a 40 ° C:
X = H - hfhfg = 400 - 256.5163.3 = 0,87875, P = Psat = 1,017 kPa,
v = 0,000 + 0,87875 × 873 0,01915 = 0,0177 m3 / kg
u = 255,7 + 0,87875 × 143,8 = 382,1 kJ / kg
5.31
Encontrar as propriedades ausentes.
uma. H2O T = 250 ° C, v = 0,02 m3 / kg de P =? u =?
b.N2 T = 120 K, P = 0,8 MPa x =? H =?
c. H2O t = -2 ° C, P = 100 kPa u =? v =?
d. R-134a P = 200 kPa, v = 0,12 m3 / kg u =? = T?
solução:
a) B.1.1 Tabela a 250 ° C: VF <v <vg ⇒ P = Psat = 3973 kPa
x = (v - VF) / vfg = (,02-0,001251) /0.04887 = 0,38365
u = uf + x ufg = 1.080,37 + 0,38365 × 1522,0 = 1664,28 kJ / kg
b) Tabela B.6.1 P é menor do que Psat por isso é de vapor super-aquecido
=> X = indefinido e encontramos o estado na Tabela B.6.2
Tabela B.6.2: h = 114,02 kJ / kg
c) Tabela B.1.1: T <ponto Ttriple => B.1.5: P> Psat tão sólido comprimido
u ≅ ui = -337,62 kJ / kg v ≅ vi = 1,09 × 10-3 m3 / kg
aproximado sólido comprimido com propriedades sólidas saturadas na mesma T.
d) Tabela B.5.1 v> vg vapor superaquecido => Tabela B.5.2.
T ~ 32,5 ° C = + 30 (40-30) x (0,12-0,11889) / (,12335-,11889)
u = 403,1 + (411,04-403,1) × 0,24888 = 405,07 kJ / kg
5.32
Encontrar as propriedades que faltam (P, T, v, u, h e X) e indicar os estados em um diagrama Pv e Tv para
uma. Água a 5000 kPa, u = 1000 kJ / kg (quadro de referência B.1)
b. R-134a a 20oC, u = 300 kJ / kg
c. Azoto a 250 K, 200 kPa
solução:
a) líquido comprimido: B.1.4 interpolar entre 220oC e 240 ° C.
T = 233.3oC, v = 0,001213 m3 / kg, x = indefinido
b) B.5.1 Tabela: u <ug => de duas fases líquido e vapor
x = (u - UF) / UFG = (300 - 227,03) /162.16 = 0,449988 = 0,45
v = 0.000817 + 0,45 * 0,03524 = 0,01667 m3 / kg
c) Tabela B.6.1: T> Tsat (200 kPa) de vapor sobreaquecido assim na Tabela B.6.2
x = indefinido
v = 0,5 (0,35546 + 0,38535) = 0,3704 m3 / kg,
u = 0,5 (177,23 + 192,14) = 184,7 kJ / kg
5.33
Encontrar as propriedades ausentes para CO2 em:
a) 20 ° C, 2 MPa, v =? e h =?
b) 10 ° C, x = 0,5 P =?, L =?
c) 1 MPa, v = 0,05 m3 / kg, t =?, H =?
solução:
a) Tabela B.3.1 P <Psat = 5729 kPa vapor superaquecido assim.
Tabela B.3.2: v = 0,0245 m3 / kg, H = 368,42 kJ / kg
b) Tabela B.3.1 P = Psat = 4502 kPa
u = uf + x ufg = 107,6 + 0,5 × 169,07 = 192,14 kJ / kg
c) Tabela B.3.1 v> vg ≈ 0,0383 m3 / kg vapor superaquecido assim
Tabela B.3.2: Entre 0 e 20 ° C de modo interpolação.
T = 0 + 20 × 0,05 - 0.0480.0524 - 0,048 = 20 × 0,4545 = 9.09oC
h = 361,14 + (379,63-361,14) × 0,4545 = 369,54 kJ / kg
5.34
A água líquida saturada a 20 ° C é comprimida para uma pressão mais elevada, com temperatura constante. Encontrar as alterações na L e H do estado inicial quando a pressão final é a) 500 kPa, b) 2000 kPa
solução:
Estado 1 está localizado na Tabela B.1.1 e os estados de ac são da Tabela B.1.4
Para esses estados u permanece quase constante, caindo ligeiramente como P sobe.
h varia com as alterações pv.
Equação da Energia: Processo Simples
5.35
Saturada de vapor de R-410a a 0 ° C num tanque rígida é arrefecida até -20 ° C. Encontre a transferência de calor específica.
solução:
C.V .: R-410a no tanque. m2 = m1;
Energia Eq.5.11: (u2 - u1) = 1q2 - 1W2
Processo: V = constante, v2 = v1 = V / m => 1W2 = 0 /
Tabela B.4.1: State 1: u1 = 253,0 kJ / kg
Estado 2: -20oC, v2 = v1 = V / m, olhar na Tabela B.4.1 a -20oC
x2 = v2 - vf2vfg2 = 0,03267 - 0.0008030.06400 = 0,4979
u2 = UF2 + x2 = 27,92 + ufg2 x2 × 218,07 = 136,5 kJ / kg
A partir da equação de energia
1q2 = (u2 - u1) = (136,5-253,0) = -116,5 kJ / kg
5.36
Um tanque rígida 100-G contém azoto (N2) a 900 K, 3 MPa. O tanque é agora arrefecido a 100 K. O que são o trabalho ea transferência de calor para este processo?
solução:
C.V .: nitrogênio no tanque. m2 = m1;
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: V = constante, v2 = v1 = V / m => 1W2 = 0 /
Tabela B.6.2: Região 1: v1 = 0,0900 m3 / kg => m = V / v1 = 1,111 kg
u1 = 691,7 kJ / kg
Estado 2: 100 K, v2 = v1 = V / m, olhar na Tabela B.6.2 a 100 K
200 kPa: v = 0,1425 m3 / kg; u = 71,7 kJ / kg
400 kPa: v = 0,0681 m3 / kg; u = 69,3 kJ / kg
então uma interpolação linear dá:
P2 = 200 + 200 (0,09-0,1425) / (0,0681-0,1425) = 341 kPa
u2 = 71,7 + (69,3-71,7) 0,09 - 0.14250.0681 - 0,1425 = 70,0 kJ / kg,
1Q2 = m (u2 - u1) = 1,111 kg (70,0-691,7) kJ / kg = -690,7 kJ
5.37
Saturada de vapor de dióxido de carbono a 2 MPa em um cilindro de êmbolo de pressão constante é aquecida até 20 ° C. Encontre a transferência de calor específica.
solução:
CV. CO2: m2 = m1 = m;
Energia Eq.5.11 (u2 - u1) = 1q2 - 1W2
Processo: P = const. ⇒ 1W2 = ⌡⌠Pdv = PΔv = P (v2 - v1)
Estado 1: B3.2 tabela (ou B3.1) H1 = 323,95 kJ / kg
Estado 2: Tabela B.3.2 H2 = 368,42 kJ / kg
1q2 = (u2 - u1) + 1W2 = (u2 - u1) + P (v2 - v1) = (h2 - h1)
1q2 = 368,42-323,95 = 44,47 kJ / kg
5.38
Dois kg de água a 120 ° C com uma qualidade de 25% tem a sua temperatura aumentada em 20 ° C de um processo de volume constante tal como na Fig. P5.38. O que são a transferência de calor e trabalho no processo?
solução:
CV. Água. Esta é uma massa controle
Energia Eq m .: (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: V = constante
􀃆 1W2 = ∫ P dV = 0
Estado 1: T, x1 da Tabela B.1.1
v1 = VF + x1 vfg = 0,00106 + 0,25 × 0,8908 = 0,22376 m3 / kg
u1 = uf + x1 ufg = 503,48 + 0,25 × = 2025,76 1009,92 kJ / kg
Estado 2: T2, v2 = v1 <vg2 = 0,50885 m3 / kg de modo duas fases
x2 = v2 - vf2vfg2 = 0,22376 - 0.001080.50777 = 0,43855
u2 = UF2 + x2 ufg2 = 588,72 + x2 × 1961,3 = 1448,84 kJ / kg
A partir da equação de energia
1Q2 = m (u2 - u1) = 2 (1448,84-1009,92) = 877,8 kJ
5.39
O amoníaco a 0 ° C, 60% de qualidade está contida num tanque rígida 200-G. O tanque e o amoníaco é agora aquecido a uma pressão final de 1 MPa. Determinar a transferência de calor para o processo.
solução:
C.V .: NH3
Continuidade Eq .: m2 = m1 = m;
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: ⇒ a volume constante v2 = v1 & 1W2 = 0
Estado 1: Tabela B.2.1 estado de duas fases.
v1 = 0,001566 + x1 × 0,28783 = 0,17426 m3 / kg
u1 = 179,69 + 0,6 × 1138,3 = 862,67 kJ / kg
m = V / V1 = 0.2 / = 0,17426 1,148 kg
Estado 2: P2, v2 = v1 superaquecido B.2.2 Tabela vapor
⇒ T2 ≅ 100 ° C, u2 ≅ 1490,5 kJ / kg
Assim, a transferência de calor para resolver na equação de energia
1Q2 = m (u2 - u1) = 1.148 (1.490,5-862,67) = 720,75 kJ
5.40
Um cilindro de ensaio com um volume constante de 0,1 L contém água no ponto crítico. Verificou-se agora arrefece até à temperatura ambiente de 20 ° C. Calcula-se a transferência de calor a partir da água.
solução:
C.V .: Água
m2 = m1 = m;
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: ⇒ volume constante v2 = v1
Propriedades da Tabela B.1.1
Estado 1: v1 = vc = 0,003155 m3 / kg,
u1 = 2029,6 kJ / kg
m = V / v1 = 0,0317 kg
Estado 2: T2, v2 = v1 = 0,001002 + x2 × 57,79
x2 = 3,7 × 10-5, u2 = 83,95 + x2 × 2319 = 84,04 kJ / kg
Volume constante => 1W2 = 0 /
1Q2 = m (u2 - u1) = 0,0317 (84,04-2.029,6) = -61,7 kJ
5.41
Um tanque rígida ocupa 0,75 kg de amoníaco a 70 ° C, tal como vapor saturado. O tanque está agora arrefecida a 20 ° C por meio de transferência de calor para o ambiente. Quais duas propriedades determinar o estado final. Determinar a quantidade de trabalho e de transferência de calor durante o processo.
CV. O amoníaco, esta é uma massa controlo.
Processo: rígida tanque V = C => v = constante e 1W2 = ⌡⌠ 1 2 PdV = 0
Energia Eq .: U2 - U1 = 1Q2 - 1W2 = 1Q2,
Estado 1: v1 = 0,03787 m3 / kg,
u1 = 1338,9 kJ / kg
Estado 2: T, v => duas fases (em linha reta para baixo em Pv diagrama de estado 1)
x2 = (v – vf)/vfg = (0.03787 – 0.001638)/0.14758 = 0.2455 
u2 = uf + x2 ufg = 272.89 + 0.2455 × 1059.3 = 532.95 kJ/kg 
1Q2 = m(u2 − u1) = 0.75 (532.95 − 1338.9) = -604.5 kJ
5.42
Um cilindro equipado com um pistão sem atrito contém 2 kg de refrigerante superaquecido de vapor de R-134a a 350 kPa, 100 ° C. O cilindro agora é arrefecida de modo que o R-134a continua a ser a pressão constante até atingir uma qualidade de 75%. Calcula-se a transferência de calor no processo.
solução:
C.V .: R-134a m2 = m1 = m;
Energia Eq.5.11 m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: P = const. ⇒ 1W2 = ⌡⌠PdV = PΔV = P (V2 - V1) = Pm (v2 - v1)
VP1 2 V T12
Estado 1: Tabela B.5.2 H1 = (490,48 + 489,52) / 2 = 490 kJ / kg
Estado 2: Tabela B.5.1 h2 = 206,75+ 0,75 × 194,57 = 352,7 kJ / kg (350,9 kPa)
1Q2 = m (u2 - u1) = m + 1W2 (u2 - u1) + Pm (v2 - v1) = m (h2 - h1)
1Q2 = 2 × (352,7-490) = -274,6 kj
5.43
Água em um 150-G fechada, rígida tanque é de 100 ° C, 90% de qualidade. O tanque é então arrefecida a -10 ° C. Calcula-se a transferência de calor durante o processo.
solução:
C.V .: água no tanque. m2 = m1;
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: V = constante, v2 = v1, 1W2 = 0
Estado 1: olhar L + V bifásico na Tabela B.1.1
v1 = 0,001044 + 0,9 × 1,6719 = 1,5057 m3 / kg
u1 = 418,94 + 0,9 × 2087,6 = 2297,8 kJ / kg
Estado 2: T2, v2 = v1 mix ⇒ saturados sólida + Tabela vapor B.1.5
v2 = 1,5057 = 0,0010891 + x2 × 466,7 => x2 = 0,003224
u2 = -354,09 + 0,003224 × 2715,5 = -345,34 kJ / kg
m = V / V1 = 0,15 / 1,5057 = 0,09962 kg
1Q2 = m (u2 - u1) = 0,09962 (-345,34 - 2.297,8) = -263,3 kJ
5.44
Um pistão / cilindro contém 50 kg de água a 200 kPa com um volume de 0,1 m3. Paragens no cilindro são colocados para restringir o volume fechado até um máximo de 0,5 m3. A água é aquecida até agora o pistão alcança os batentes. Encontre a transferência de calor necessário.
solução:
CV. H 2 m = constante
Energia Eq.5.11: m (e2 - e1) = m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: P = constantes (forças em constante pistão)
⇒ 1W2 = ∫ P dV = P1 (V2 - V1)
Propriedades da Tabela B.1.1
Estado 1: v1 = 0,1 / 50 = 0,002 m3 / kg => 2 fases como v1 <vg
x1 = v1 - vfvfg = 0,002 - 0.0010610.88467 = 0,001061
H1 = 504,68 + 0,001061 2201,96 × = 507,02 kJ / kg
Estado 2: v2 = 0,5 / 50 = 0,01 m3 / kg também de 2 fases mesma P
x2 = v2 - vfvfg = 0,01 - 0.0010610.88467 = 0,01010
H2 = 504,68 + 0,01010 × 2201,96 = 526,92 kJ / kg
Localizar a transferência de calor a partir da equação de energia como
1Q2 = m (u2 - u1) = m + 1W2 (h2 - h1)
1Q2 = 50 kg x (526,92-507,02) kJ / kg = 995 kJ
[Nota que 1W2 = P1 (V2 - V1) = 200 × (0,5-0,1) = 80 kJ]
5.45
Encontre a transferência de calor para o processo no Problema 4.33
Tome-se como CV 1,5 kg de água. m2 = m1 = m;
Energia Eq.5.11 m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo Eq .: P = A + BV (linearmente em V)
Estado 1: (P, T) => v1 = 0,95964 m3 / kg,
u1 = 2576,87 kJ / kg
Estado 2: (P, T) => v2 = 0,47424 m3 / kg, u2 = 2881,12 kJ / kg
Do processo eq .: 1W2 = ∫ P dV = área = m2 (P1 + P2) (v2 - v1)
= 1,52 kg (200 + 600) kPa (0,47424-,95964) m3 / kg
= -291,24 KJ
De eq energia .: 1Q2 = m (u2 - u1) + 1W2 = 1,5 (2881,12-2576,87) - 291,24
= 165,14 kJ
5.46
Um reservatório rígido 10-G contém o R-410a, a -10 ° C, 80% de qualidade. A 10-A corrente eléctrica (de uma bateria de 6 V) é passada através de um resistor dentro do tanque, durante 10 min, após o que a temperatura de R-410a é de 40 ° C. Qual foi a transferência de calor para ou a partir do tanque durante este processo?
solução:
CV. R-410a no tanque. Massa controle em constante V.
Continuidade Eq .: m2 = m1 = m;
Energia Eq m .: (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: Constante V ⇒ v2 = v1
=> Nenhum trabalho limite, mas o trabalho elétrico
Estado 1 da tabela B.4.1
v1 = 0,000827 + 0,8 x 0,04470 = 0,03659 m3 / kg
u1 = 42,32 + 0,8 x 207,36 = 208,21 kJ / kg
m = v / v = 0,010 / 0,03659 = 0,2733 kg
Estado 2: B.4.2 Tabela a 40 ° C e v2 = v1 = 0,03659 m3 / kg
=> Vapor superaquecido, então use a interpolação linear para obter
P2 = 800 + 200 × (0,03659-0,04074) / (0,03170-0,04074)
= 800 + 200 × 0,45907 = 892 kPa
u2 = 286,83 + 0,45907 × (284,35-286,83) = 285,69 kJ / kg
1W2 elec = -Alimentação × Dt = -Amp × volts × Dt = - 10 × 6 × 10 × 601 mil = -36 kJ
1Q2 = m (u2 - u1) = 0,2733 + 1W2 (285,69-208,21) - 36 = -14,8 kJ
5.47
Um pistão / cilindro contém 1 kg de água a 20 ° C com um volume de 0,1 m3. Por engano alguém bloqueia o pistão impedindo-o de se mover enquanto nós aquecer a água em vapor saturado. Localizar a temperatura final e a quantidade de transferência de calor no processo.
solução:
CV. Água. Esta é uma massa controle
Energia Eq m .: (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: V = 􀃆 constante 1W2 = 0
Estado 1: T, v1 = V1 / m = 0,1 m3 / kg> vf assim duas fases
x1 = v1 - vfvfg = 0.1-0.00100257.7887 = 0,0017131
u1 = uf + x1 UFG = 83,94 + x1 × 2.318,98 = 87,913 kJ / kg
Estado 2: v2 = v1 = 0,1 & x2 = 1
􀃆 encontrado na Tabela B.1.1 entre 210 ° C e 215 ° C
T2 = 210 + 5 × 0.1-0.104410.09479-0.10441 = 210 + 5 × 0,4584 = 212,3 ° C
u2 = 2.599,44 + 0,4584 (2601,06-2599,44) = 2600,2 kJ / kg
A partir da equação de energia
1Q2 = m (u2 - u1) = 1 (2.600,2-87,913) = 2512,3 kJ
5.48
Um cilindro de pistão contém 1,5 kg de água a 600 kPa, 350oC. Agora, é arrefecida num processo em que a pressão está linearmente relacionada com o volume a um estado de 200 kPa, 150 ° C. Traçar o diagrama Pv para o processo e encontrar tanto o trabalho ea transferência de calor no processo.
Tome-se como CV 1,5 kg de água.
m2 = m1 = m;
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo Eq .: P = A + BV (linearmente em V)
Estado 1: (P, T) => v1 = 0,47424 m3 / kg,
u1 = 2881,12 kJ / kg
Estado 2: (P, T) => v2 = 0,95964 m3 / kg, u2 = 2576,87 kJ / kg
Do processo eq .: 1W2 = ∫ P dV = área = m2 (P1 + P2) (v2 - v1)
= 1,52 kg (200 + 600) kPa (,95964-,47424) m3 / kg
= 291,24 kJ
De eq energia .: 1Q2 = m (u2 - u1) + 1W2 = 1,5 (2576,87-2.881,12) + 291,24
= -165,14 KJ
5.49
Dois kg de água a 200 kPa com uma qualidade de 25% tem a sua temperatura aumentada em 20 ° C de um processo de pressão constante. O que são a transferência de calor e trabalho no processo?
CV. Água. Esta é uma massa controle
Energia Eq m .: (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: P = 􀃆 constante 1W2 = ∫ P dV = Mp (v2 - v1)
Estado 1: Two-fase dado P, X para que use a Tabela B.1.2
v1 = 0,001061 + 0,25 × 0,88467 = 0,22223 m3 / kg
u1 = 504,047 + 0,25 × 2025,02 = 1010,725 kJ / kg
T = t = + 20 120,23 + 20 140,23 =
Estado 2 é vapor superaquecido
v2 = 0,88573 + 20.150-120,23 × (0,95964-,88573) = 0,9354 m3 / kg
u2 = 2529,49 + 20150-120.23 (2576.87- 2529,49) = 2561,32 kJ / kg
A partir da equação processo obtemos
1W2 = Mp (v2 - v1) = 2 × 200 (0,9354-,22223) = 285,3 kJ
A partir da equação de energia
1Q2 = m (u2 - u1) + 1W2
2 = (2561,32-1.010,725) + 285,3
= 3101,2 + 285,27 = 3386,5 kJ
5.50
Um reactor cheio de água com o volume de 1 m3 é a 20 MPa, 360 ° C e colocada dentro de um quarto de contenção conforme ilustrado na Fig. P5.50. O quarto é bem isolado e inicialmente evacuado. Devido a uma falha, as rupturas do reactor e a água enche a sala de contenção. Encontre o volume do ambiente mínimo para a pressão final não exceda 200 kPa.
solução:
C.V .: quarto de confinamento e reator.
Massa: m2 = m1 = Vreactor / v1 = 1 / 0,001823 = 548,5 kg
Energia: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2 = 0-0 = 0
Estado 1: Tabela B.1.4 v1 = 0,001823 m3 / kg, U1 = 1702,8 kJ / kg
Equação de energia, em seguida, dá u2 = u1 = 1702,8 kJ / kg
Estado 2: P2 = 200 kPa, u2 <ug => Duas fases B.1.2 Tabela
x2 = (u2 - UF) / UFG = (1702,8-504,47) /2025.02 = 0,59176
v2 = 0,001061 + 0,59176 × 0,88467 = 0,52457 m3 / kg
V2 = m2 v2 = 548,5 × 0,52457 = 287,7 m3
5.51
A 25 kg movimentos de massa com 25 m / s. Agora, um sistema de travagem leva a massa a uma paragem completa com uma desaceleração constante ao longo de um período de 5 segundos. A energia de frenagem é absorvida por 0,5 kg de água inicialmente a 20oC, 100 kPa. Sendo a massa está em constante P e T. Encontre a energia do freio remove a partir da massa e do aumento da temperatura da água, assumindo P = C.
solução:
CV. A massa em movimento.
E2 - E1 = AE = 0,5 = 0,5 mV2 × 25 × 252/1000 = 7,8125 kJ
CV. A massa de água.
m (u2 - u1) H2O = AE = 7,8125 kJ => u2 - u1 = 7,8125 / 0,5 = 15,63 kJ / kg
u2 = u1 + 15,63 = 83,94 + 15,63 = 99,565 kJ / kg
Suponha u2 = uf em seguida, a partir da Tabela B.1.1: T2 ≅ 23.7oC, AT = 3.7oC
Poderíamos ter utilizado u2 - u1 = CΔT com C da Tabela A.4: C = 4,18 kJ / kg K dando AT = 15,63 / 4,18 = 3.7oC.
5.52
Encontre a transferência de calor para o processo no Problema 4.41
solução:
Tome CV como a amônia, massa constante.
Continuidade Eq .: m2 = m1 = m;
EnergiaEq m .: (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: P = A + BV (linear em V)
Estado 1: v1 vapor superaquecido = 0,6193 m3 / kg, u1 = 1316,7 kJ / kg
Estado 2: vapor superaquecido v2 = 0,63276 m3 / kg, u2 = 1542,0 kJ / kg
O trabalho é feito enquanto pistão se move a uma pressão crescente, então temos
1W2 = ∫ P dV = = área Pavg (V2 - V1) = 12 (P1 + P2) m (v2 - v1)
= ½ (200 + 300) kPa × 0,5 kg (,63276-,6193) m3 / kg = 1.683 kJ
Transferência de calor é encontrado a partir da equação de energia
1Q2 = m (u2 - u1) + 1W2 = 0,5 kg (1542,0-1316,7) kJ / kg + 1.683 kJ
= 112,65 + 1,683 = 114,3 kJ
5.53
Uma disposição de êmbolo / cilindro tem o êmbolo carregado com a pressão atmosférica exterior e a massa do pistão a uma pressão de 150 kPa, mostrado na Fig. P5.53. Ele contém água a -2 ° C, a qual é, em seguida, aquecida até que a água torna-se vapor saturado. Localizar e a temperatura final de trabalho específica e a transferência de calor para o processo.
solução:
CV. A água no interior do cilindro do êmbolo.
Continuidade: m2 = m1,
Energia Eq. por unidade de massa: u2 - u1 = 1q2 - 1W2
Processo: P = constante dv = P1, => 1W2 = ⌡⌠ 1 2 P = P1 (v2 - v1)
Estado 1: T1, P1 => Tabela B.1.5 sólido comprimido, tome como saturado sólida.
v1 = 1,09 × 10-3 m3 / kg, u1 = -337,62 kJ / kg
Estado 2: x = 1, P2 = P1 = 150 kPa devido ao processo de => Tabela B.1.2
v2 = vg (P2) = 1,1593 m3 / kg, T2 = 111,4 ° C; u2 = 2519,7 kJ / kg
A partir da equação processo
1W2 = P1 (v2 -V1) = 150 (1,1593 -1,09 × 10-3) = 173,7 kJ / kg
A partir da equação de energia
1q2 = u2 - u1 + 1W2 = 2.519,7 - (-337,62) + 173,7 = 3031 kJ / kg
5.54
A montagem de pistão / cilindro de pressão constante contém 0,2 kg de água em forma de vapor saturado a 400 kPa. Agora é arrefecida É assim que a água ocupa metade do volume original. Localizar a transferência de calor no processo.
solução:
CV. Água. Esta é uma massa controlo.
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: P = constante => 1W2 = Pm (v2 - v1)
Então, para resolver a transferência de calor:
1Q2 = m (u2 - u1) = m + 1W2 (u2 - u1) + Pm (v2 - v1) = m (h2 - h1)
Estado 1: Tabela B.1.2 v1 = 0,46246 m3 / kg; H1 = 2738,53 kJ / kg
Estado 2: v2 = v1 / 2 = 0,23123 = VF x vfg da Tabela B.1.2 +
x2 = (v2 - VF) / vfg = (,23123-0,001084) / 0,46138 = 0,4988
h2 = hf + hfg x2 = 604,73 + 0,4988 × = 2133,81 1669,07 kJ / kg
Agora, a transferência de calor torna-se
1Q2 = 0,2 (1669,07-2738,53) = -213,9 kj
5.55
Um cilindro com um êmbolo retido por uma mola linear (constante de mola 15 kN / m) contém 0,5 kg de vapor de água saturado a 120 ° C, como mostrado na Fig. P5.55. O calor é transferido para a água, fazendo com que o pistão a subir. Se a área de corte transversal do êmbolo é de 0,05 m2, e a pressão varia de forma linear com o volume até uma pressão final de 500 kPa é atingido. Localizar a temperatura final no cilindro e a transferência de calor para o processo.
Solução:
CV. A água no cilindro.
Continuidade: m2 = m1 = m;
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Estado 1: (T, x) B.1.1 Tabela => v1 = 0,89186 m3 / kg, u1 = 2529,2 kJ / kg
Processo: P2 = P1 + ksmAp2 (v2 - v1) = 198,5 + 15 × 0,5 (0,05) 2 (v2 - 0,89186)
Estado 2: P2 = 500 kPa e na curva de processo (ver equação acima).
=> V2 = 0,89186 + (500-198,5) × (0,052 / 7,5) = 0,9924 m3 / kg
(P, v) B.1.3 Tabela => T2 = 803 ° C; u2 = 3668 kJ / kg
A equação processo nos permite avaliar o trabalho
1W2 = ⌡⌠ PdV = 


P1 + P22 m (v2 - v1)
= 
198.5 + 5002 × 0,5 × (,9924-0,89186) = 17,56 kJ
Substitua o trabalho na equação de energia e resolver para a transferência de calor
1Q2 = m (u2 - u1) + 1W2 = 0,5 × (3668-2529,2) + 17,56 = 587 kJ
5.56
Um arranjo de cilindro de pistão com uma mola linear, semelhante à Fig. P5.55 contém o R-134a a 15 ° C, x = 0,6 e um volume de 0,02 m3. Aquece-se a 60 ° C altura em que o volume específico é 0,03002 m3 / kg. Localizar a pressão final, o trabalho e a transferência de calor no processo.
Aqui CV como o R-134a.
m2 = m1 = m; m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Estado 1: T1, x1 => Dois fase tão Tabela B.5.1: P1 = Psat = 489,5 kPa
v1 = VF + x1 vfg = 0,000805 + 0,6 × 0,04133 = 0,0256 m3 / kg
u1 = uf + x1 ufg = 220,1 + 0,6 × 166,35 = 319,91 kJ / kg
m = V1 / V1 = 0,02 m3 / 0,0256 m3 / kg = 0,78125 kg
Estado 2: (T, v) de vapor superaquecido, Tabela B.5.2.
P2 = 800 kPa, v2 = 0,03002 m3 / kg, U2 = 421,2 kJ / kg
V2 = m v2 = 0,78125 × 0,03002 = 0,02345 m3
O trabalho é feito enquanto se move de pistão à pressão variando de forma linear, então temos
1W2 = ∫ P dV = = área Pavg (V2 - V1) = 0,5 (P2 + P1) (V2 - V1)
= 0,5 × (489,5 + 800) kPa (0,02345-0,02) m3 = 2,22 kJ
Transferência de calor é encontrado a partir da equação de energia
1Q2 = m (u2 - u1) = 0,78125 + 1W2 × (421,2-319,91) + 2,22 = 81,36 kJ
5.57
Um frasco de aço fechado contém CO2 à temperatura de -20 ° C, x = 20%, e o volume é de 0,05 m3. Ele tem uma válvula de segurança que se abre a uma pressão de 6 MPa. Por acaso, a garrafa é aquecida até que a válvula de segurança abre. Encontre a transferência de temperatura e calor quando a válvula é aberta pela primeira vez.
solução:
C.V .: CO2: m2 = m1 = m;
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: volume constante processo ⇒ 1W2 = 0
Estado 1: (T, x) B.3.1 Tabela
v1 = 0,000969 + 0,2 × 0,01837 = 0,004643 m3 / kg
=> M = V / V1 = 0,05 / 0,004643 = 10,769 kg
u1 = 39,64 + 0,2 × 246,25 = 88,89 kJ / kg
Estado 2: P2, v2 = v1 => muito perto de vapor saturado, utilize 6003 kPa na Tabela B.3.1: T ≅ 22 ° C, x2 = (0,004643-,001332) /0.00341 = 0,971
u2 = 142,03 + 0,971 × 119,89 = 258,44 kJ / kg
1Q2 = m (u2 - u1) = 10,769 (258,44-88,89) = 1825,9 kJ
5.58
Sobreaquecido refrigerante R-134a a 20 ° C, 0,5 MPa, é arrefecida num arranjo de pistão / cilindro a uma temperatura constante para um estado de duas fases final com qualidade de 50%. A massa de refrigerante é de 5 kg e, durante este processo de 500 kJ de calor é removido. Encontre os volumes iniciais e finais e os trabalhos necessários.
solução:
CV. R-134a, esta é uma massa controlo.
Continuidade: m2 = m1 = m;
Energia Eq.5.11: m (u2 -u1) = 1Q2 - 1W2 = -500 - 1W2
Estado 1: T1, P1 Tabela B.5.2, v1 = 0,04226 m3 / kg; u1 = 390,52 kJ / kg
=> V1 = MV1 = 0,211 m3
Estado 2: T2, x2 ⇒ Tabela B.5.1
u2 = 227,03 + 0,5 × 162,16 = 308,11 kJ / kg,
v2 = 0,000817 + 0,5 × 0,03524 = 0,018437 m3 / kg => V2 = mv 2 = 0,0922 m3
1W2 = -500 - m (u2 - u1) = -500 - 5 × (308,11-390,52) = -87,9 kJ
5.59
Uma cápsula de 1 L de água a 700 kPa, a 150 ° C, é colocada num recipiente de outra forma isolada e evacuado maior. As rupturas da cápsula e do seu conteúdo preencher todo o volume. Se a pressão final não deve exceder 125 kPa, o que deve ser o volume do vaso?
solução:
CV. Vaso maior.
Continuidade: m2 = m1 = m = V / v1 = 0,916 kg
Processo: expansão com 1Q2 = 0 /, 1W2 = 0 /
Energia: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2 = 0 / ⇒ u2 = u1
Estado 1: v1 ≅ VF = 0.001091 m3 / kg; u1 ≅ uf = 631,66 kJ / kg
Estado 2: P2, u2 ⇒ x2 = 631,66 - 444.162069.3 = 0,09061
v2 = 0.001048 + 0.09061 × 1,37385 = 0.1255 m3 / kg
V2 = MV2 = 0,916 x 0,1255 = 0,115 m3 = 115 L
5,60
Um cilindro pistão contém dióxido de carbono a -20 ° C e qualidade de 75%. É comprimido em um processo em que a pressão é linear em volume a um estado de 3 MPa e 20 ° C. Encontre a transferência de calor específica.
O dióxido de carbono CV para a fonte, tanto 1Q2 e 1W2
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: P = A + BV => 1W2 = ∫ P dV = ½ m (P1 + P2) (v2 - v1)
Estado 1: Tabela B.3.1 P = 1969,6 kPa
v1 = 0,000969 + 0,75 × 0,01837 = 0,01475 m3 / kg,
u1 = 39,64 + 0,75 × 246,25 = 224,33 kJ / kg,
Estado 2: Tabela B.3 v2 = 0,01512 m3 / kg, u2 = 310,21 kJ / kg,
1W2 = ½ (P1 + P2) (V2 - V1) = ½ × (1969,6 + 3000) (0,01512 - 0,01475)
= 0,92 kJ / kg
1q2 = u2 - u1 + 1W2 = 310,21-224,33 + 0,92 = 86,8 kJ / kg
5.61
Um tanque rígido está dividido em duas câmaras por uma membrana, tanto em água, contendo, mostrado na Fig. P5.61. Quarto A é de 200 kPa, v = 0,5 m3 / kg, VA = 1 m3, e sala B contém3,5 kg a 0,5 MPa, a 400 ° C. A membrana agora rompe e transferência de calor ocorre para que a água chega a um estado uniforme a 100 ° C. Localizar a transferência de calor durante o processo.
Solução:
C.V .: Ambas as salas A e B no tanque.
Continuidade Eq .: m2 = mA1 + MB1;
Energia Eq .: m2u2 - mA1uA1 - mB1uB1 = 1Q2 - 1W2
1A Estado: (P, v) B.1.2 Tabela, MA1 = VA / va1 = 1 / 0,5 = 2 kg
xA1 = v - vfvfg = 0,5 - 0.0010610.88467 = 0,564
UA1 = uf + x ufg = 504,47 + 0,564 × 2.025,02 = 1646,6 kJ / kg
Estado 1B: Tabela B.1.3, VB1 = 0,6173, UB1 = 2963,2, VB = mB1vB1 = 2.16 m3
Processo constante volume total: Vtot = VA + VB = 3.16 m3 e 1W2 = 0 /
m2 = mA1 + MB1 = 5,5 kg => v2 = Vtot / m2 = 0.5746 m3 / kg
Estado 2: T2, v2 Tabela ⇒ B.1.1 de duas fases como v2 <vg
x2 = v2 - vfvfg = 0,5746 - 0.0010441.67185 = 0,343,
u2 = uf + x ufg = 418,91 + 0,343 × = 2087,58 1134,95 kJ / kg
A transferência de calor é a partir da equação de energia
1Q2 = m2u2 - mA1uA1 - mB1uB1 = -7421 kJ
5.62
Dois kg de azoto a 100 K, x = 0,5 é aquecida num processo de pressão constante a 300 K em uma disposição de êmbolo / cilindro. Encontre os volumes iniciais e finais ea transferência total de calor necessária.
solução:
Aqui CV como o azoto.
Continuidade Eq .: m2 = m1 = m;
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: P = ⇒ constante 1W2 = ⌡⌠PdV = Pm (v2 - v1)
Estado 1: Tabela B.6.1
v1 = 0,001452 + 0,5 × 0,02975 = 0,01633 m3 / kg, V1 = 0,0327 m3
H1 = -73,20 + 0,5 × 160,68 = 7,14 kJ / kg
Estado 2: (P = 779,2 kPa, 300 K) => sup. vapor interpolar na tabela B.6.2
v2 = 0,14824 + (0,11115-,14824) × 179,2 / 200 = 0,115 m3 / kg, V2 = 0,23 m3
H2 = + 310,06 (309,62-310,06) × 179,2 / 200 = 309.66 kJ / kg
Agora resolver para a transferência de calor a partir da equação de energia
1Q2 = m (u2 - u1) = m + 1W2 (h2 - h1) = 2 × (309,66-7,14) = 605 kJ
5.63
Água num tanque A é a 250 kPa com uma qualidade de 10% em massa e 0,5 kg. Ele é ligado a um cilindro de pistão que prende uma pressão constante de 200 kPa inicialmente com 0,5 kg de água a 400 ° C. A válvula é aberta e a transferência de calor tem lugar suficiente para ter uma temperatura uniforme final de 150 ° C. Encontre a final P e V, o processo de trabalho ea transferência de calor processo.
CV. Água em massa A e B. Controlo passa por processo: 1 -> 2
Continuidade Eq .: m2 - MA1 - MB1 = 0 => m2 = mA1 + MB1 = 0,5 + 0,5 = 1 kg
Energia Eq .: U2 - U1 = 1Q2 - 1W2
Estado A1: va1 = 0,001067 + xA1 × 0,71765 = 0,072832; VA1 = mv = 0,036416 m3
UA1 = 535,08 + 0,1 × 2002,14 = 735,22 kJ / kg
Estado B1: VB1 = 1.5493 m3 / kg; UB1 = 2966.69 kJ / kg
=> = VB1 mB1vB1 = 0,77465 m3
Estado 2: Se V2> VA1 então P2 = 200 kPa é que os carros alegóricos pistão.
Para (T2, P2) = (150 ° C, 200 kPa) => vapor sobreaquecido u2 = 2576.87 kJ / kg
v2 = 0,95964 m3 / kg V2 = m2v2 = 0,95964 m3> VA1 verifica OK.
As combinações possíveis de estado 2 (P, V) são mostrados. Estado é um
200 kPa, VA = VA1 m2 = 0,036 m3 / kg e, portanto, duas fases
Ta = 120 ° C <T2
Processo: 1W2 = P2 (V2 - V1) = 200 (,95964 - 0,77465-,036416) = 29,715 kJ
A partir da Eq energia .:
1Q2 = m2u2 - mA1uA1 - mB1uB1 + 1W2
= 1 × 2576,87-0,5 × 735,222-0,5 × 2.966,69 + 29,715 = 755,63 kJ
5.64
Um cilindro aberto 10 m de altura, acilo = 0,1 m2, contém de 20 ° C acima da água e 2 kg de água 20 ° C abaixo de uma 198,5 kg fina pistão flutuante isolada, mostrado na Fig. P5.64. Suponha g padrão, Po. Agora, o calor é adicionado à água por baixo do êmbolo de modo a que ele se expande, empurrando o pistão para cima, fazendo com que a água no topo para derramar por cima da borda. Este processo continua até que o êmbolo alcança o topo do cilindro. Localizar o estado final da água por baixo do êmbolo (T, P, v) e o calor adicionado durante o processo.
Solução:
CV. Água por baixo do êmbolo.
Equilíbrio de força pistão no estado inicial: F = F ↑ ↓ = PAA = mpg + MBG + P0A
1A Estado, B: Comp. Liq. ⇒ v ≅ VF = 0.001002 m3 / kg; U1A = 83,95 kJ / kg
VA1 = mAvA1 = 0,002 m3; MTOT = Vtot / v = 1 / 0.001002 = 998 kg
massa acima do pistão MB1 = MTOT - mA = 996 kg
PA1 = P0 + (MP + MB) g / A = 101,325 + (198,5 + 996) × 9.807 0,1 × 1000 = 218,5 kPa
2A Estado: PA2 = P0 + MPGA = 120,8 kPa; VA2 = Vtot / mA = 0,5 m3 / kg
Xa2 = (,5-,001047) /1.4183 = 0,352; T2 = 105 ° C
UA2 = 440,0 + 0,352 × 2.072,34 = 1169,5 kJ / kg
Eq continuidade. em A: mA2 = mA1
Energia: mA (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: linear P em V como MB é linear com V
1W2 = ⌡⌠PdV = 12 (218,5 +
120,82) (1-0,002)
= 169,32 kJ
1Q2 = mA(u2 - u1) + 1W2 = 2170.1 + 169.3 = 2340.4 kJ
5.65
Assuma a mesma configuração como no Problema 5.50, mas o quarto tem um volume de 100 m3. Mostram que o estado final é de duas fases e encontrar a pressão final por tentativa e erro.
C.V .: quarto de confinamento e reator.
Massa: m2 = m1 = Vreactor / v1 = 1 / 0,001823 = 548,5 kg
Energia: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2 = 0 - 0 = 0 ⇒ u2 = u1 = 1702.8 kJ / kg
O volume total e massa> = v2 = Vroom / m2 = 0.1823 m3 / kg
Estado 2: u2, v2 Tabela B.1.1 ver Figura.
Note-se que na proximidade do v = 0,1823 m3 / kg cruzando a linha de vapor saturado a energia interna é de cerca de 2585 kJ / kg. No entanto, no estado actual 2, u = 1702.8 kJ / kg. Por conseguinte, o estado 2 deve estar na região de duas fases.
Trial & erro v = VF + xvfg; u = uf + xufg
⇒ u2 = 1702,8 = uf + v2 - vfvfg ufg
Calcule RHS para uma pressão P2 adivinhou:
P2 = 600 kPa: RHS = 669.88 + 0.1823-0.0011010.31457 × 1897.52 = 1762.9 too large 
P2 = 550 kPa: RHS = 655.30 + 0.1823-0.0010970.34159 × 1909.17 = 1668.1 too small 
Linear interpolation to match u = 1702.8 gives P2 ≅ 568.5 kPa
5.66
Um cilindro pistão tem um volume de água separada em VA = 0,2 m3 e 0,3 m3 VB = por uma membrana rígida. O estado inicial em A é de 1000 kPa, x = 0,75 e em que B é de 1600 kPa e 250 ° C. Agora as rupturas da membrana e a água chega a um estado uniforme a 200 ° C. Qual é a pressão final? Calcule o trabalho e a transferência de calor no processo.
Tire a água em A e B como CV.
Continuidade: m2 - m1a - M1b = 0
Energia: m2u2 - m1Au1A - m1Bu1B = 1Q2 - 1W2
Processo: P2 = Peq = constante = P1A como flutuadores de pistão e mp, Po não mudam
1A Estado: em duas fases. Tabela B.1.2
V1a = 0,001127 + 0,75 × 0,19332 = 0,146117 m3 / kg,
U1A = 761,67 + 0,75 × = 1821,97 2128,15 kJ / kg
Estado 1B: Tabela B.1.3 v1b = 0.14184 m3 / kg, U1B = 2692.26 kJ / kg
=> = M1a V1a / V1a = 1.3688 kg, M1b = V1B / v1b = 2,115 kg
Estado 2: 1000 kPa, 200oC sup. vapor => v2 = 0,20596 m3 / kg, u2 = 2621,9 kJ / kg
m2 = m1a + M1b = 3.4838 kg => V2 = m2v2 = 3,4838 x 0,20596 = 0,7175 m3
Então agora
1W2 = ∫ P dV = Peq (V2 - V1) = 1000 (,7175-,5) = 217,5 kJ
1Q2 = m2u2 - m1Au1A - m1Bu1B + 1W2
= 3,4838 × 2.621,9-1,3688 × 2128,15-2,115 × 2.692,26 + 217,5 = 744 kJ
5.67
Dois tanques rígidas estão cheios com água. Um tanque é de 0,2 m3 a 100 kPa, 150oC e tanque B é de 0,3 m3 a vapor saturado de 300 kPa. Os tanques estão ligados por um tubo com uma válvula fechada. Nós abrir a válvula e deixar toda a água chegar a um estado único uniforme enquanto nós transferir calor suficiente para ter uma pressão final de 300 kPa. Dê os dois valores de propriedades que determinam o estado final e encontrar a transferência de calor.
Estado A1: u = 2582,75 kJ / kg, v = 1.93636 m3 / kg
=> MA1 = V / V = ​​0,2 / 1,93636 = 0.1033 kg
Estado B1: u = 2543,55 kJ / kg, v = 0.60582 m3 / kg
=> MB1 = V / V = ​​0,3 / 0,60582 = 0.4952 kg
O volume total (e massa) é a soma dos volumes (massa) para tanques A e B.
m2 = mA1 + MB1 = 0.1033 + 0,4952 = 0,5985 kg,
V2 = VA1 VB1 = + 0,2 + 0,3 = 0,5 m3
=> V2 = V2 / m2 = 0,5 /0.5985 = 0.8354 m3 / kg
Estado 2: [P2, v2] = [300 kPa, 0,8354 m3 / kg]
=> T2 = 274,76 ° C e u2 = 2767.32 kJ / kg
A equação da energia é (desprezando energia cinética e potencial)
m2 u2 - mAuA1 - mBuB1 = 1Q2 - 1W2 = 1Q2
1Q2 = 0,5985 × 2.767,32-,1033 × 2582,75-,4952 × 2.543,55
= 129,9 kJ
5,68
Um cilindro de êmbolo representado na Fig. P5.68 contém 0,5m3 de R-410a em 2 MPa, 150 ° C. A massa do êmbolo e atmosfera dá uma pressão de 450 kPa, que irá flutuar o pistão. Toda a configuração esfria num congelador mantido a -20 ° C. Encontre a transferência de calor e mostrar o diagrama Pv para o processo quando T2 = -20oC.
C.V .: R-410a. Massa de Controle.
Continuidade: m = constante,
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: F = F ↓ ↑ = P A = Paíra + Fstop
se V <Vstop ⇒ Fstop = 0 /
Isto é ilustrado no diagrama Pv mostrado abaixo.
Estado 1: v1 = 0,02247 m3 / kg, u1 = 373,49 kJ / kg
⇒ m = V / v = 22.252 kg
Estado 2: T2 e em linha ⇒ comprimido líquido, consulte a figura abaixo.
v2 ≅ VF = 0,000 803 m3 / kg ⇒ V2 = 0,01787 m3; u2 = uf = 27,92 kJ / kg
1W2 = ⌡⌠PdV = Plift (V2 - V1) = 450 (0,01787 - 0,5) = -217,0 kj;
Eq energia. ⇒
1Q2 = 22,252 (27,92 - 373,49) - = -7906,6 217,9 kJ
5.69
Uma configuração como na Fig. P5.68 tem o R-410a inicialmente em 1000 kPa, 50oC de massa de 0,1 kg. A pressão de equilíbrio de equilíbrio é de 400 kPa e que agora é arrefecida de modo que o volume é reduzido para metade do volume inicial. Localizar a transferência de trabalho e calor para o processo.
Tome-se como CV os 0,1 kg de R-410a.
Continuidade Eq .: m2 = m1 = m;
Energia Eq.5.11 m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo Eq .: P = Pfloat ou v = C = v1,
Estado 1: (P, T) => v1 = 0,0332 m3 / kg,
U1 = 292.695 kJ / kg
Estado 2: (P, v) => V2 = V1 / 2 = 0,0166 m3 / kg <vg, por isso, é de duas fases.
x2 = (v2 - VF) / vfg = (0,0166-0,000803) /0.064 = 0,2468
u2 = uf + x2 = 27,92 + ufg x2 = 218,07 81,746 kJ / kg
Do processo eq .: 1W2 = ∫ P dV = = área MP2 (v2 - v1)
= 0,1 × 400 (0,0166 - 0,0332) = -0,664 kJ
De eq energia .: 1Q2 = m (u2 - u1) + 1W2 = 0,1 × (81,746-292,695) - 0,664 = -21,8 KJ
5,70
Um cilindro vertical equipado com um pistão contém 5 kg de R-410a a 10 ° C, mostrado na Fig. P5.70. O calor é transferido para o sistema, levando o pistão a aumentar até atingir um conjunto de pára no ponto em que o volume duplicou. O calor é transferido adicionais até que a temperatura interior atinge 50 ° C, altura em que a pressão no interior do cilindro é de 1,4 MPa.
uma. Qual é a qualidade ao estado inicial?
b. Calcula-se a transferência de calor para o processo global.
solução:
CV. R-410a. Controle de massa passa por processo: 1 -> 2 -> 3
Como flutua êmbolo de pressão é constante (1 -> 2) e o volume é constante para a segunda parte (2 -> 3). Assim, temos: v3 = v2 = 2 × v1
Estado 3: Tabela B.4.2 (P, T) v3 = 0,02249 m3 / kg, u3 = 287,91 kJ / kg
Assim, podemos, então, determinar o estado 1 e 2 Tabela B.4.1:
v1 = 0,011245 = 0,000886 + x1 × 0,02295 => x1 = 0,4514
b) u1 = 72,24 + 0,4514 x 183,66 = 155,14 kJ / kg
Estado 2: v2 = 0,02249 m3 / kg, P2 = P1 = 1086 kPa este ainda é de 2 fases.
Nós começar o trabalho a partir da equação do processo (ver diagrama PV)
1W3 = 1W2 = ⌡⌠ 1 2 PdV = P1 (V2 - V1) = 1086 × 5 (0,011245) = 61,1 kJ
A transferência de calor a partir da equação de energia se torna
1Q3 = m (U3-u1) + 1W3 = 5 (287,91-155,14) + 61,1 = 725,0 kJ
5.71
Encontre a transferência de calor no Problema 4.68.
Um pistão / cilindro contém 1 kg de água no estado líquido a 20 ° C e 300 kPa. Inicialmente o êmbolo flutua, semelhante à configuração no Problema 4,64, com um volume máximo de 0,002 m3 fechado se o pistão toca as paragens. Agora, o calor é adicionado para uma pressão final de 600 kPa é atingido. Encontre o volume final eo trabalho no processo.
Solução:
Tome CV como a água. Propriedades da tabela B.1
m2 = m1 = m; m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Estado 1: liq comprimido. v = VF (20) = 0,001002 m3 / kg, u = uf = 83,94 kJ / kg
Estado 2: Desde P> Plift então v = vstop = 0,002 e P = 600 kPa
Para o dado P: VF <v <vg modo de 2 fases T = Tsat = 158,85 ° C
v = 0,002 = 0,001101 x + x (0,3157-,001101) => X = 0,002858
u = 669.88 + 0.002858 × 1897,5 = 675,3 kJ / kg
O trabalho é feito enquanto pistão se move em Plift = constante = 300 kPa então temos
1W2 = ∫ P dV = m Plift (v2 -V1) = 1 × 300 (,002-0,001002) = 0,299 kJ
A transferência de calor é encontrado a partir da equação de energia
1Q2 = m (u2 - u1) + 1W2 = 1 (675,3-83,94) + 0,299 = 591,66 kJ
5,72
10 kg de água em um arranjo de êmbolo cilindro existe como líquido saturado / vapor a 100 kPa, com uma qualidade de 50%. Agora, é aquecida para que os triplos de volume. A massa do pistão é tal que uma pressão de cilindro de 200 kPa irá flutuar, como na Fig. 5.72. Localizar a temperatura final e a transferência de calor no processo.
Solução:
Tome CV como a água.
Continuidade Eq .: m2 = m1 = m;
Energia Eq m .: (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: v = constante até P = Plift, então P é constante.
Estado 1: Two-fase para olhar na Tabela B.1.2 a 100 kPa
U1 = 417,33 + 0,5 × 2088,72 = 1461,7 kJ / kg,
v1 = 0.001043 + 0,5 × = 1.69296 0.8475 m3 / kg
Estado 2: v2, P2 ≤ Plift v2 => = 3 × 0,8475 = 2.5425 m3 / kg;
Interpolar: T2 = 829 ° C, u2 = 3718,76 kJ / kg
=> V2 = MV2 = 25,425 m3
A partir da equação processo (veja o diagrama PV) nós começamos o trabalho como
1W2 =
Plift (V2 -V1) =200 ×10 (2,5425 -0,8475) =3390 kJ
A partir da equação da energia que resolver para a transferência de calor
1Q2 = m (u2 - u1) + 1W2 = 10 × (3718,76-1461,7) + 3390 = 25 961 kJ
5,73
O volume do cilindro de baixo do êmbolo carregado constante tem dois compartimentos A e B, cheias de água. A tem 0,5 kg a 200 kPa, 150 ° C e B tem 400 kPa com uma qualidade de 50% e um volume de 0,1 m3. A válvula é aberta e o calor é transferido para que a água chega a um estado uniforme com um volume total de 1.006 m 3.
a) Determine a massa total de água eo volume inicial total.
b) Encontre o trabalho no processo
c) Encontre a transferência de calor processo.
Solução:
Tire a água em A e B como CV.
Continuidade: m2 - m1a - M1b = 0
Energia: m2u2 - m1Au1A - m1Bu1B = 1Q2 - 1W2
Processo: P = constante = P1A se carros alegóricos pistão
(VA positivo), isto é, se V2> VB = 0,1 m3
Estado A1: Sup. vap. B.1.3 Tabela v = 0,95964 m3 / kg, u = 2576,9 kJ / kg
=> V = mv = 0,5 × 0,95964 = 0,47982
Estado B1: Tabela B.1.2 v = (1-x) x + x 0.001084 × 0.4625 = 0.2318 m3 / kg
=> = M / v = V 0.4314 kg
u = 604.29 + 0,5 × 1949,3 = 1578.9 kJ / kg
Estado 2: 200 kPa, v2 = V2 / m = 1,006 / 0,9314 = 1.0801 m3 / kg
Tabela B.1.3 => perto T2 = 200oC e u2 = 2654.4 kJ / kg
Então agora
V1 = 0.47982 + 0,1 = 0,5798 m3, m1 = 0,5 + 0.4314 = 0.9314 kg
Como o volume no estado 2 é maior do que o volume inicial pistão sobe e então a pressão é constante (200 kPa que flutua pistão).
1W2 = ∫ P dV = Plift (V2 - V1) = 200 (1,006-,57982) = 85,24 kJ
1Q2 = m2u2 - m1Au1A - m1Bu1B + 1W2
= 0,9314 × 2654,4-,5 × 2576,9-,4314 × 1578,9 + 85,24 = 588 kJ
5,74
Calcula-se a transferência de calor para o processo descrito no Problema 4,65.
Um cilindro contendo 1 kg de amoníaco tem um êmbolo carregado externamente. Inicialmente, o amoníaco é a 2 MPa, 180 ° C e é agora arrefecido a vapor saturado a 40 ° C, e, em seguida, adicionalmente arrefecida a 20 ° C, ponto em que a qualidade é de 50%. Encontrar o trabalho total para o processo, assumindo uma variação linear por partes de P versus V.
solução:
CV. Amônia passando por processo 1 - 2 - 3. A massa de Controle.
Continuidade: m = constante,
Energia Eq.5.11: m (u3 - u1) = 1Q3 - 1W3
Processo: P é linear seccionalmente em V
Estado 1: (T, P) Tabela B.2.2: v1 = 0,10571 m3 / kg, u1 = 1630,7 kJ / kg
Estado 2: (T, x) Tabela B.2.1 sentou. vap. P2 = 1555 kPa, v2 = 0.08313 m3 / kg
Estado 3: (T, x) P3 = 857 kPa,
v3 = (0,001638 + 0,14922) / 2 = 0,07543 U3 = (+ 272,89 1332,2) / 2 = 802,7 kJ / kg
Processo: linear por partes P versus V, ver diagrama. O trabalho é a área como:
W13 = ⌡⌠13 PdV ≈ (P1 + P22) m (v2 - v1) + (P2 + P32) m (v3 - v2)
= 2000 + 15552 1 (0,08313 - 0,10571) + 1555 + 8572 1 (0,07543 - 0,08313)
= -49,4 KJ
A partir da equação da energia, temos a transferência de calor como:
1Q3 = m (u3 - u1) + 1W3 = 1 × (802,7-1630,7) - 49,4 = -877,4 kJ
Um tanque Uma rígida do volumede 0,6 m3 contém 3 kg de água a 120 ° C ea rígida tanque B é de 0,4 m3 com água a 600 kPa, 200oC. Eles estão ligados a um cilindro de êmbolo, inicialmente vazio com válvulas fechadas. A pressão no interior do cilindro deve ser de 800 kPa a flutuar o pistão. Agora as válvulas estão lentamente se abriu e calor é transferido para que a água atinge um estado uniforme a 250oC com as válvulas abertas. Encontrar o volume final e a pressão e a transferência de trabalho e calor no processo.
C.V .: A + B + C.
Só funcionam em C, constante massa total.
m2 - m1 = 0 => m2 = mA1 + MB1
U2 - U1 = 1Q2 - 1W2;
1W2 = ∫ PdV = Plift (V2 - V1)
1A: v = 0,6 / 3 = 0,2 m3 / kg => xA1 = (,2-,00106) = 0,223327 /0.8908
u = 503.48 + 0.223327 × 2025,76 = 955.89 kJ / kg
1B: v = 0,35202 m3 / kg => MB1 = 0,4 / 0.35202 = 1,1363 kg; u = 2638.91 kJ / kg
m2 = 3 + 1.1363 = 4.1363 kg e
V2 = VA + VB + VC = 1 + VC
Localize o estado 2: Deve ser em linhas P-V mostrados
1a Estado: 800 kPa,
V1a = VA + VBM = 0.24176 m3 / kg
800 kPa, V1a => T = 173 ° C muito baixo.
Suponha 800 kPa: 250 ° C => v = 0,29314 m3 / kg> V1a OK
V2 = m2v2 = 4.1363 kg x 0,29314 m3 / kg = 1,21 m3
Estado final é: 800 kPa; 250 ° C => u2 = 2715,46 kJ / kg
W = 800 (0,29314-0,24176) × 4.1363 = 800 × (1.2125 - 1) = 170 kJ
Q = m2u2 - m1u1 + 1W2 = m2u2 - mA1uA1 - mB1uB1 + 1W2
= 4,1363 × 2715,46 - 3 × 955,89 - 1,1363 × 2638,91 + 170 
= 11 232 - 2867,7 - 2.998,6 + 170 = 5536 kJ
5.76
Calcula-se a transferência de calor para o processo descrito no Problema 4,73.
Uma configuração de cilindro de pistão semelhante ao Problema 4. ?? contém 0,1 kg líquido e vapor de água saturado a 100 kPa com qualidade de 25%. A massa do pistão é tal que uma pressão de 500 kPa, isso irá flutuar. A água é aquecida a 300 ° C. Calcule a pressão final, volume e do trabalho, 1W2.
solução:
Tome CV como a água: m2 = m1 = m
Energia Eq.5.11: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: v = constante até P = Plift
Para localizar estado 1: Tabela B.1.2
v1 = 0.001043 + 0,25 × 1.69296 0.42428 = m3 / kg
U1 = 417,33 + 0,25 × 2088,7 = 939,5 kJ / kg
1a Estado: 500 kPa, V1a = v1 = 0,42428> vg a 500 kPa,
por isso é estado 1a Tabela vapor superaquecido B.1.3 T1a = 200 ° C
Estado 2 é de 300 ° C de modo aquecimento continua após estado 1a a 2 em constante P = 500 kPa.
2: T2, P2 = Plift => Tbl B.1.3 v2 = 0.52256 m3 / kg; u2 = 2802.9 kJ / kg
A partir do processo, ver também a área em diagrama P-V
1W2 = Plift m (v2 - v1) = 500 × 0,1 (0,5226-0,4243) = 4,91 kJ
A partir da equação de energia
1Q2 = m (u2 - u1) + 1W2 = 0,1 (2802,9-939,5) + 4,91 = 191,25 kJ
5,77
Um arranjo de cilindro / êmbolo contém 5 kg de água a 100 ° C com X = 20% e o pistão, pf = 75 kg, que descansa em alguns pontos, semelhante à da fig. P5.72. A pressão externa é de 100 kPa, e na área do cilindro é A = 24,5 cm2. O calor é agora adicionado até que a água atinge um estado de vapor saturado. Encontre o volume inicial, pressão final, o trabalho e termos de transferência de calor e mostrar o diagrama P-v.
solução:
CV. A água a 5 kg.
Continuty: m2 = m1 = m; Energia: m (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Processo: V = constante se P <Plift caso contrário P = Plift ver Pv diagrama.
P3 = P2 = Plift = P0 + mp g / Ap = 100 + 75 × 9.8070.00245 × 1000 = 400 kPa
Estado 1: (T, x) B.1.1 Tabela
v1 = 0,001044 + 0,2 × 1,6719, V1 = MV1 = 5 × 0,3354 = 1.677 m3
U1 = 418,91 + 0,2 × 2087,58 = 836,4 kJ / kg
Estado 3: (P, x = 1) B.1.2 Tabela => v3 = 0,4625> v1, u3 = 2553,6 kJ / kg
O trabalho é visto no diagrama PV (se alterações de volume, em seguida, P = Plift)
1W3 = 2W3 = Pextm (V3 - v2) = 400 × 5 (0,46246 - 0,3354) = 254,1 kJ
A transferência de calor é a partir da equação de energia
1Q3 = 5 (2553,6-836,4) + 254,1 = 8840 kJ
5.78
Eu tenho 2 kg de água líquida a 20 ° C, 100 kPa. Eu agora adicionar 20 kJ de energia a uma pressão constante. Como quente consegue se ele é aquecido? Qual a velocidade que ele se mover se ele é empurrado por uma força horizontal constante? Quão alto ela vai, se for levantada para cima?
a) Aquece-se a 100 kPa.
Equação de energia:
E2 - E1 = 1Q2 - 1W2 = 1Q2 - P (V2 - V1) = H2 - H1 = m (h2 - h1)
h2 = h1 + 1Q2 / m = 83,94 + 20/2 = 94.04 kJ / kg
Voltar interpolar na Tabela B.1.1: T2 = 22.5oC
[Nós também poderia ter usado AT = 1Q2 / MC = 20 / (2 * 4,18) = 2.4oC]
b) Empurre a constante P. Ele ganha energia cinética.
0,5 m V22 = 1W2
V2 = 2 1W2 / m = 2 × 20 × 1000 J / 2 kg = 141,4 m / s
c) Criada em campo gravitacional
M G Z2 = 1W2
Z2 = 1W2 / mg = 20 000 J2 kg × 9.807 m / s2 = 1,019 m
Comentário: Observe o quão rápido (500 km / h) e como a elevação ele deve por ter a mesma energia que o aumento da temperatura a 2 graus. Isto é, na maioria das aplicações, podemos desconsiderar as energias cinética e potencial a menos que tenhamos muito alto V ou Z.
5.79
Um bloco de cobre de volume de 1 L é tratado termicamente a 500 ° C e arrefeceu-se agora em um banho de óleo a 200-G, inicialmente a 20 ° C, mostrado na Fig. P5.79. Supondo que nenhum de transferência de calor com o ambiente, o que é a temperatura final?
solução:
CV. Bloco de cobre e o banho de óleo.
Também assumimos nenhuma alteração no volume de modo que o trabalho será zero.
Energia Eq .: U2 - U1 = mmet (u2 - u1) reuniu + moil (u2 - u1) = óleo 1Q2 - 1W2 = 0
Propriedades da Tabela A.3 e A.4
mmet = Vρ = 0,001 m3 × 8300 kg / m3 = 8,3 kg,
moil = Vρ = 0,2 m3 × 910 kg / m3 = 182 kg
Sólidos e líquidos Eq.5.17:? U ≅ Cv AT,
Tabela A.3 e A.4: Cv conheceu = 0,42 kJkg K, óleo de Cv = 1,8 kJkg K
A equação da energia para o C.V. torna-se
mmetCv conheci (T2 - T1, reuniu-se) + óleo moilCv (T2 - T1, óleo) = 0
8,3 × 0,42 (T2 - 500) + 182 × 1,8 (T2 - 20) = 0
331,09 T2 - 1743-6552 = 0
⇒ T2 = 25 ° C
5.80
Porque uma fonte de água quente também deve esquentar um pouco de massa tubo como ele é ligado para que não sai quente imediatamente. Suponha 80oC água líquida a 100 kPa é arrefecida até 45 ° C enquanto se aquece a 15 kg de tubo de cobre de 20 a 45 ° C. Quanto massa (kg) de água é necessária?
solução:
CV. Água e tubo de cobre. Nenhuma transferência de calor externo, nenhum trabalho.
Energia Eq.5.11: U2 - U1 = ΔUcu + ΔUH2O = 0-0
De Eq.5.18 e Tabela A.3:
ΔUcu = mc ΔΤ = 15 kg x 0,42 kJkg K × (45 - 20) K = 157,5 kJ
A partir da equação de energia
mH2O =
-
ΔUcu /
ΔuH2O
mH2O =
ΔUcu /
CH2O (- ΔΤH2O) =
157.54.18 × 35 = 1.076 kg
ou usando Tabela B.1.1 para a água
mH2O =ΔUcu /(u2 U1-) =
157.5334.84 - 188.41 = 1.076 kg
5.81
Em uma pia 5 litros de água a 70 ° C é combinado com panelas de alumínio de 1 kg, 1 kg de talheres (aço) e 1 kg de vidro colocado em todos a 20oC. Qual é a temperatura uniforme definitivo negligenciar qualquer perda de calor e trabalho?
Energia Eq .: U2 - U1 = Σmi (u2 - u1) i = 1Q2 - 1W2 = 0
Para a água: VF = 0.001023 m3 / kg, V = 5 L = 0,005 m3; m = V / v = 4.8876 kg
Para o líquido e as massas metálicas usaremos os calores específicos (Tbl A.3, A.4) assim
Σmi (u2 - u1) i = ΣmiCv i (T2 - T1) i = T2ΣmiCv i - ΣmiCv it1 i
notando que todas as massas têm o mesmo T2, mas não mesmo T. inicial
ΣmiCv i = 4,8876 x 4,18 x 0,9 + 1 + 1 + 1 × 0,46 × 0,8 = 22,59 kJ / K
Energia Eq .: 22.59 T2 = 4,8876 × 4,18 × 70 + (1 × 0,9 × 0,46 + 1 + 1 × 0,8) × 20
= 1.430,11 + 43,2
T2 = 65.2oC
5.82
A casa está sendo projetado para usar uma massa piso de concreto de espessura como material de armazenamento térmico para aquecimento de energia solar. O concreto é de 30 cm de espessura e a área exposta ao sol durante o dia é de 4 m x 6 m. Espera-se que esta massa irá sofrer um aumento da temperatura média de cerca de 3 ° C durante o dia. Quanta energia estará disponível para o aquecimento durante as horas noturnas?
solução:
C.V .: Controle de concreto em massa.
V = 4 × 6 × 0,3 = 7,2 m3
Betão é um sólido com algumas propriedades listadas na Tabela A.3
m = ρV = 2200 kg / m 3 × 7,2 m 3 = 15 kg 840
Energia Eq m .: (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2 = 1Q2
A transferência de calor disponível é a alteração em U. De Eq.5.18 e C da tabela A.3
? U = m CAT = 15 840 kg × 0,88 kJkg K × 3 K = 41818 kJ = 41,82 MJ
5.83
Um recipiente rígido fechado é cheio com 1,5 kg de água a 100 kPa, 55oC, 1 kg de aço inoxidável, e 0,5 kg de PVC (policloreto de vinilo), tanto a 20 ° C e 0,1 kg de ar a 400 K, 100 kPa. Ele agora está sozinho, sem transferência de calor externo e sem água vaporiza. Encontre a temperatura final e pressão de ar.
Energia Eq .: U2 - U1 = Σmi (u2 - u1) i = 1Q2 - 1W2 = 0
Para o líquido e as massas metálicas usaremos os calores específicos (Tbl A.3, A.4) assim
Σmi (u2 - u1) i = ΣmiCv i (T2 - T1) i = T2ΣmiCv i - ΣmiCv it1 i
notando que todas as massas têm o mesmo T2, mas não mesmo T. inicial
ΣmiCv i = 1,5 × 4,18 + 0,46 + 1 × 0,5 × 0,1 × 0,96 + 0,717 = 7,282 kJ / K
Energia Eq .: 7,282 T2 = 1,5 × 4,18 × 55 + (1 x 0,46 + 0,5 × 0,96) × 20
+ 0,1 × 0,717 × (400-273,15) = 372,745 kJ
T2 = 51.2oC
O volume de ar é constante a partir de então PV = MRT segue-se que varia de acordo com o t P
Ar P2 = P1 T2 / T1 = 100 × 324,34 / 400 = 81 kPa
5.84
Um carro com unidades de massa de 1275 kg a 60 km / h quando os freios são aplicados rapidamente para diminuir sua velocidade para 20 km / h. Suponha que as pastilhas de freio são de 0,5 kg de massa com capacidade de calor de 1,1 kJ / kg K e os discos de freio / tambores de aço são 4,0 kg. Além disso assume ambas as massas são aquecidos uniformemente. Encontrar o aumento de temperatura no conjunto de travão.
solução:
CV. Car. Carro perde energia cinética e sistema de freio ganha u interno.
Nenhuma transferência de calor (curto período de tempo) e nenhum termo trabalho.
m = constante;
Energia Eq.5.11: E2 - E1 = 0 - 0 = MCAR 12 (V22 - V21) + mbrake (u2 - u1)
A massa sistema de freio é de dois tipos diferentes para dividi-lo, também usam Cv da Tabela A.3 uma vez que não tem au tabela para o aço ou o freio de material da almofada.
msteel Cv AT + mpad Cv AT = MCAR 0,5 (602 - 202) 
100036002 m2 / s2
(4 x 0,46 + 0,5 × 1,1) kjk AT = 1275 kg × 0,5 × (3200 × 0,077 16) m2 / s2
= 157 = 406 J 157,4 kJ
=> AT = 65,9 ° C
5.85
Um chip processador central do computador consiste em 50 g de silício, 20 g de cobre, 50 g de cloreto de polivinilo (plástico). Ele aquece a partir de 15oC para 70oC que o computador está ligado. Quanta energia é o aquecimento exige?
Energia Eq .: U2 - U1 = Σmi (u2 - u1) i = 1Q2 - 1W2
Para as massas sólidas, vamos utilizar os calores específicos, Tabela A.3, e todos eles têm a mesma temperatura para
Σmi (u2 - u1) i = ΣmiCv i (T2 - T1) i = (T2 - T1) ΣmiCv i
ΣmiCv i = 0,05 x 0,7 + 0,02 x 0,42 + 0,05 x 0,96 = 0,0914 kJ / K
U2 - U1 = 0,0914 × (70-15) = 5,03 kJ
5.86
Um tanque de aço 25 kg inicialmente a -10 ° C é preenchido com 100 kg de leite (assumir propriedades como água) a 30 °. O leite eo aço chegará a uma temperatura uniforme de 5 ° C em uma sala de armazenamento. Quanto calor transferência é necessária para este processo?
solução:
CV. Aço + Milk. Esta é uma massa controlo.
Energia Eq.5.11: U2 - U1 = 1Q2 - 1W2 = 1Q2
Processo: V = constante, para que não haja trabalho
1W2 = 0.
Use Eq.5.18 e valores da A3 e A4 para avaliar as alterações na u
1Q2 = msteel (u2 - u1) de aço + mmilk (u2 - u1) leite
= 25 kg × 0,466 kJkg K × [5 - (-10)] Κ + 100 kg x 4,18 kJkg K × (5-30) Κ
= 172,5-10.450 = -10.277 kJ
5,87
Uma panela de aço 1 kg contém 1 kg de água líquida, tanto a 15oC. Verificou-se agora é colocado no forno, onde é aquecido até ao ponto de ebulição da água. Negligenciar o ar a ser aquecido e descobrir a quantidade total de energia necessária.
solução:
Energia Eq .: U2 - U1 = 1Q2 - 1W2
: O aço não muda o volume ea mudança para o líquido é mínima, então 1W2 ≅ 0.
Estado 2: T2 = Tsat (1 atm) = 100oC
Tbl B.1.1: u1 = 62,98 kJ / kg, U2 = 418.91 kJ / kg
Tbl A.3: Cst = 0,46 kJ / kg K
Resolver para a transferência de calor a partir da equação de energia
1Q2 = U2 - U1 = mst (u2 - u1) st + mH2O (u2 - u1) H2O
= MstCst (T2 - T1) + mH2O (u2 - u1) H2O
1Q2 = 1 kg × 0,46 × kJkg K (100 - 15) k + 1 (kg x 418,91 - 62,98) kJ / kg
= 39,1 + 355,93 = 395 kJ
5.88
Um cilindro de êmbolo (0,5 aço kg no total) mantendo uma pressão constante tem 0,2 kg de R-134a como vapor saturado a 150 kPa. É aquecido a 40 ° C e o aço é, à mesma temperatura como o R-134a, em qualquer momento. Localizar a transferência de trabalho e calor para o processo.
CV. A-134a R mais o aço. Massa total constante
m2 = m1 = m;
U2 - U1 = mR134a (u2 - u1) R134a + msteel (u2 - u1) = 1Q2 - 1W2
Estado 1: B.5.2 sentou. v1 vapor = 0.13139 m3 / kg, U1 = 368.06 kJ / kg
Estado 2: B.5.2 sup. v2 = 0.16592 vapor m3 / kg, U2 = 411.59 kJ / kg
V1 = MV1 = 0,2 × 0,13139 = 0,02628 m3
V2 = MV2 = 0,2 × 0,16592 = 0,03318 m3
Aço: A.3, Csteel = 0,46 kJ / kg K-
Processo: P = C durante o R134a e volume constante para o aço =>
1W2 = ∫P dV = P1 (V2 - V1) = 150 kPa (0,03318-0,02628) m3
= 1.035 kJ
1Q2 = mR134a (u2 - u1) + msteel (u2 - u1) + 1W2
= MR134a (u2 - u1) + msteelCsteel (T2 - T1) + 1W2
= 0,2 × (411,59 - 368,06) + 0,5 × 0,46 × [40 - (-17,29)] + 1.035
= 8,706 + 13,177 + 1,035 = 22,92 kJ
5.89
Um motor consiste de 100 kg expressos bloco de ferro com uma cabeça de 20 kg de alumínio, peças de aço de 20 kg, 5 kg de óleo do motor e 6 kg de glicerina (anticongelante). Tudo começa a 5oC e que o motor arrancar, queremos saber o quão quente torna-se se ele absorve uma rede de 7.000 kJ antes que ele atinja uma temperatura uniforme constante.
Energia Eq .: U2 - U1 = 1Q2 - 1W2
Processo: O aço não muda o volume ea mudança para o líquido é mínima, então 1W2 ≅ 0.
Soma assim sobre as diversas partes do lado esquerdo na equação de energia
FME (u2 - u1) + Mal (u2 - u1) Al + mst (u - u1) st
+ Moil (u2 - u1) Óleo + mgly (u2 - u1) gly = 1Q2
Tabela A.3: CFE = 0,42, Cal = 0,9, Cst = 0,46 todas as unidades de kJ / kg K
Tabela A.4: Bobina = 1,9, Cgly = 2.42 todas as unidades de kJ / kg K
Então, agora nós fatorar T2 -T1 como u2 - u1 = C (T2-T1) para cada termo
[MFeCFe mAlCAl + + + mstCst moilCoil mglyCgly +] (T2-T1) = 1Q2
T2-T1 = 1Q2 / Σmi Ci
= 0,42 + 7000100 × 20 × 20 × + 0,9 0,46 + 5 × 1,9 × 2,42 + 6
= 700.093,22 = 75 K
T2 = T1 + 75 = 5 + 75 = 80 ° C
5,90
Utilizar a A.7 ideal mesa de ar do gás para avaliar a capacidade de calor Cp a 300 K como um declive da curva de h (t) por AH / AT. Quanto maior é a 1000 K e 1500 K.
solução:
De Eq.5.24:
Cp = dhdT = ΔhΔT = H320 - h290320 - 290 = 1.005 kJ / kg K
1000K Cp = ΔhΔT = h1050 - h9501050 - 950 = 1103,48-989,44100 = 1.140 kJ / kg K
1500K Cp = ΔhΔT = h1550 - h14501550 - 1450 = 1696,45-1575,4100 = 1,21 kJ / kg K
Observe um aumento de 14%, 21%, respectivamente.
5.91
Queremos encontrar a mudança de u para o dióxido de carbono entre 600 K e 1200 K.
a) Procurar a partir de uma CVO constante da tabela A.5
b) Procurar a partir de uma CVO avaliada a partir da equação em A.6 no T. média
c) Procurar a partir dos valores de L listados na tabela A.8
solução:
a)? u ≅ CVO AT = 0,653 × (1200-600) = 391,8 kJ / kg
b) Tavg = 12 (1200 + 600) = 900, T1000 θ = = = 0,9 9.001.000
Cpo = 0,45 + 1,67 × 0,9 - 1,27 × 0,92 + 0,39 x 0,93 = 1,2086 kJ / kg K
CVO = Cpo - R = 1,2086-0,1889 = 1,0197 kJ / kg K
? U = 1,0197 × (1200 - 600) = 611,8 kJ / kg
c)? u = 996,64 - 392,72 = 603.92 kJ / kg
5.92
Queremos encontrar a mudança de u para o dióxido de carbono entre 50 ° C e 200 ° C a uma pressão de 10 MPa. Encontrá-lo usando A.5 gás e Tabela ideal e repetir usando a tabela da secção B.
solução:
Usando o valor de CVO para o CO2 a partir da Tabela A.5,
? U = CVO AT = 0,653 × (200 - 50) = 97,95 kJ / kg
Usando valores de u da Tabela B3.2 em 10 000 kPa, com interpolação linear entre 40oC e 60oC para 50oC o valor,
? U = U200 - U50 = 437,6-230,9 = 206,7 kJ / kg
Nota: Uma vez que o estado 50oC, 10 000 kPa é na região supercrítica densa-fluido, um
interpolação linear é bastante impreciso. O valor adequado para u neste estado é
encontrado a partir do software CATT a ser, em vez de 230,9 245,1. Esse resultado é
? U = U200 - U50 = 437,6-245,1 = 192,5 kJ / kg
5.93
Queremos encontrar a mudança de u para