Un tanque rígido de 0.8 m³ contiene gas de dióxido de carbono (CO₂) a 250 K y 100 kPa. Un calentador de resistencia eléctrica de 500 W colocado en el tanque ahora se enciende y se mantiene encendido durante 40 minutos, después de lo cual se mide que la presión de CO to es 175 kPa. Suponiendo que el entorno esté a 300 K y utilizando calores específicos constantes, determine
(a) la temperatura final de CO₂,
(b) la cantidad neta de transferencia de calor del tanque y
(c) la generación de entropía durante este proceso.
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
Explicación:
Dado:
Potencia, p = 500 W
Tiempo, t = 40 min.
= 2400 s
Volumen, V = 0.8 m ^ 3
Temperatura, T = 250 K
Presión, P = 100 kPa
Temperatura del entorno, Ts = 300 K
Usando la ecuación de gas ideal,
PV = nRT
n = (100 × 10 ^ 3 × 0.8) / (8.3145 × 250)
= 38,49 moles
Masa = número de moles × masa molar
Masa molar = 12 + (16 × 2)
= 44 g/ mol
Masa = 44 × 38,49
= 1693,43 g
= 1.693 kg.
A.
P2 = 175 kPa
Usando la ley de presión,
P1 / T1 = P2 / T2
T2 = (175 × 250) / 100
= 437.5 K
SI.
Cvo2 = 0.706 kJ / kg.K
Energía total, U = Qin - Qout
Qout = (p × t) - (m × cv × delta T)
= (500 × 2400) - (1.693 × 0.706 × (437.5 - 250))
= 1200 kJ - 224,11 kJ
= 975.889 kJ
= 975.9 kJ
C.
Cpco2 = 0.895 kJ / kg.K
Gas constante, Rc = R / masa molar de CO2
= 8.3145 / 44
= 0.189
Usando la fórmula,
Entropía, S = (m × (Cpco2 × ln (T2 / T1) - Rc × ln (P2 / P1)) + Qout / Ts
Ingresando valores,
= (1.693 × (0.895 × ln (437.5 / 250) - 0.189 × ln (175/100)) + 975.9 / 300
= 3.922 kJ / K.