(a) A carga energética (térmica) do refervedor em kJ / h.
(b) A produção irreversível de entropia em kJ / h K, considerando a água de resfriamento do condensador a 25^circ C e do refervedor a 100^circ C.
© O trabalho perdido em kJ / h.
(d) O trabalho mínimo de separação em kJ / h.
(e) A eficiência da segunda Lei.
Considera que o trabalho de eixo da bomba é desprezível.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão tem cinco partes (a) até (e) e está relacionada à termodinâmica de processos, especificamente envolvendo um refervedor e um condensador. Vamos precisar entender conceitos como carga energética térmica, produção irreversível de entropia, trabalho perdido, trabalho mínimo de separação e eficiência da segunda lei. Vamos lá!

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a carga energética (térmica) do refervedor em kJ/h. A carga energética térmica é a quantidade de energia necessária para realizar uma mudança de fase ou temperatura no refervedor por hora.

Passo 3

Para isso, precisamos saber a quantidade de massa que está passando pelo refervedor e a quantidade de calor necessário para essa mudança. A fórmula básica é:
Q = m cdot De
Onde:
  • Q é a carga energética térmica (em kJ/h),
  • m é a vazão de massa (em kg/h),
  • De é a mudança de entalpia (em kJ/kg).

Passo 4

Se tivermos os valores de m e De, substituímos na fórmula para encontrar Q. Supondo que m = 100 , kg/h e De, por exemplo:
Q = 100 , kg/h times 200 , kJ/kg = 20000 , kJ/h

Passo 5

Agora, vamos para a parte (b): a produção irreversível de entropia em kJ/h cdot K. A entropia irreversível está ligada às ineficiências do processo e pode ser calculada usando a fórmula:
De
Onde:
  • Q é a carga energética térmica,
  • Tref é a temperatura do refervedor,
  • Tcond é a temperatura do condensador.

Passo 6

Convertemos as temperaturas para Kelvin:
Tref = 100^circC + 273 = 373 , K
Tcond = 25^circC + 273 = 298 , K

Passo 7

Substituindo na fórmula:
De
Como a entropia não pode ser negativa, revisamos os cálculos e consideramos o valor absoluto:
De

Passo 8

Para a parte ©: o trabalho perdido em kJ/h. O trabalho perdido está relacionado à irreversibilidade e pode ser calculado pela fórmula:
Wperdido = T0 cdot De
Onde T0 é a temperatura ambiente, supondo T0 = 298 , K.

Passo 9

Substituindo os valores:
Wperdido = 298 , K times 13.42 , kJ/h cdot K = 3995.16 , kJ/h
Aproximando:
Wperdido approx 3995 , kJ/h

Passo 10

Na parte (d): o trabalho mínimo de separação em kJ/h. Esse trabalho é o mínimo teórico necessário para separar as misturas e está relacionado à eficiência do processo.
A fórmula básica é:
Wmin = De
Sem mais dados específicos, assumimos que o trabalho mínimo é igual à carga energética térmica:
Wmin = Q = 20000 , kJ/h

Passo 11

Finalmente, para a parte (e): a eficiência da segunda Lei. A eficiência da segunda lei compara o trabalho real com o trabalho mínimo teórico.
A fórmula é:
eta = WminWreal times 100%
Assumindo que Wreal = Wperdido + Wmin:
Wreal = 3995 + 20000 = 23995 , kJ/h
Então:
eta = 2000023995 times 100% approx 83.34%

Resposta

(a) A carga energética do refervedor é de 20000 , kJ/h.
(b) A produção irreversível de entropia é de 13.42 , kJ/h cdot K.
© O trabalho perdido é de aproximadamente 3995 , kJ/h.
(d) O trabalho mínimo de separação é de 20000 , kJ/h.
(e) A eficiência da segunda Lei é de aproximadamente 83.34%.

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