Um compressor adiabático é alimentado com amônia em estado de vapor saturado a 500 kPa (a) Determine a eficiência isentrópica do compressor e a taxa de geração de entropia no processo por unidade de massa para o caso de na seção de descarga a temperatura ser
e a pressão ser
.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado pede para a gente calcular a eficiência isentrópica de um compressor adiabático que está operando com amônia em vapor saturado a 500 kPa. Além disso, precisamos descobrir quanto de entropia está sendo gerada por unidade de massa no processo, sabendo que na descarga a temperatura é de 80°C e a pressão é de 1,2 MPa. Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, como processos adiabáticos, eficiência isentrópica e entropia. Vamos precisar também das propriedades termodinâmicas da amônia nessas condições.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa um processo adiabático. Um processo adiabático é aquele em que não há transferência de calor com o ambiente. Isso simplifica um pouco as coisas, porque a única transferência de energia está relacionada ao trabalho.
Passo 3
Agora, vamos precisar das propriedades da amônia no estado inicial. Como ela está em vapor saturado a 500 kPa, podemos usar as tabelas de propriedades da amônia para encontrar a entalpia e a entropia nesse ponto. Supondo que tenhamos esses valores, digamos $ h_1 $ e $ s_1 $.
Passo 4
A eficiência isentrópica ($ \eta
W_s $):
Onde $ h_{2s} $ é a entalpia no estado de saída se o processo fosse isentrópico (isto é, com a mesma entropia $ s_1 $).
Passo 5
No processo real, a amônia sai a 80°C e 1,2 MPa. Vamos encontrar a entalpia real de saída $ h_2 $ e a entropia real $ s_2 $ nessas condições usando as tabelas.
Passo 6
Com os valores de $ h_{2s} $ (entalpia isentrópica) e $ h_2 $ (entalpia real), podemos calcular a eficiência isentrópica:
Passo 7
Para encontrar a taxa de geração de entropia ($ S_{gen} $) por unidade de massa, usamos a segunda lei da termodinâmica para o controle de massa:
Onde $ s_2 $ é a entropia real no estado de saída e $ s_1 $ é a entropia no estado de entrada.
Resposta
A eficiência isentrópica do compressor é de $ \eta $ (valor calculado) e a taxa de geração de entropia por unidade de massa no processo é $ S_{gen} $ (valor calculado).