Question

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.

Answer 1

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.