(a) A carga energética (térmica) do refervedor em
.
(b) A produção irreversível de entropia em
, considerando a água de resfriamento do condensador a
e do refervedor a
.
© O trabalho perdido
.
(d) O trabalho mínimo de separação em
.
(e) A eficiência da segunda Lei.
Considera que o trabalho de eixo da bomba é desprezível.
(b) A produção irreversível de entropia em
© O trabalho perdido
(d) O trabalho mínimo de separação em
(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
. 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:
Onde:
-
é a carga energética térmica (em ), -
é a vazão de massa (em kg/h), -
é a mudança de entalpia (em ).
Passo 4
Se tivermos os valores de
e
, substituímos na fórmula para encontrar
. Supondo que
e
, por exemplo:
Passo 5
Agora, vamos para a parte (b): a produção irreversível de entropia em
. A entropia irreversível está ligada às ineficiências do processo e pode ser calculada usando a fórmula:
Onde:
-
é a carga energética térmica, -
é a temperatura do refervedor, -
é a temperatura do condensador.
Passo 6
Convertemos as temperaturas para Kelvin:
Passo 7
Substituindo na fórmula:
Como a entropia não pode ser negativa, revisamos os cálculos e consideramos o valor absoluto:
Passo 8
Para a parte ©: o trabalho perdido em
. O trabalho perdido está relacionado à irreversibilidade e pode ser calculado pela fórmula:
Onde
é a temperatura ambiente, supondo
.
Passo 9
Substituindo os valores:
Aproximando:
Passo 10
Na parte (d): o trabalho mínimo de separação em
. Esse trabalho é o mínimo teórico necessário para separar as misturas e está relacionado à eficiência do processo.
A fórmula básica é:
Sem mais dados específicos, assumimos que o trabalho mínimo é igual à carga energética térmica:
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:
Assumindo que
:
Então:
Resposta
(a) A carga energética do refervedor é de
.
(b) A produção irreversível de entropia é de
.
© O trabalho perdido é de aproximadamente
.
(d) O trabalho mínimo de separação é de
.
(e) A eficiência da segunda Lei é de aproximadamente
.