Uma corrente de 5 kg / s de água a 100 kPa e 20^circ C deve ser transformada em vapor a 1000 kPa e 350^circ C para ser usada em certa aplicação. Considere o processo que comprime a água até 1000 kPa e 20^circ C e, em seguida, promove seu aquecimento a pressão constante até 350^circ C. Indique que dispositivos são necessários e determine seus consumos específicos de energia.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício pede para gente transformar uma corrente de água líquida em vapor usando dois passos: primeiro, comprimir a água de 100 kPa e 20°C para 1000 kPa mantendo a temperatura, depois aquecer essa água comprimida até 350°C a pressão constante. Vamos usar conceitos de termodinâmica, como entalpia e trabalho de compressão. Para resolver, vamos precisar das propriedades da água nessas condições e entender como calcular o consumo de energia em cada etapa.

Passo 2

Primeiro, vamos comprimir a água de 100 kPa e 20°C para 1000 kPa mantendo a temperatura constante de 20°C. Como a água é praticamente incompressível nessa faixa, podemos usar a fórmula simplificada para o trabalho de compressão:
Wcompressão = v cdot Deã
Aqui, v approx 0,001 , m^3/kg é o volume específico da água e De é a variação de pressão.
Consultando a tabela de propriedades da água a 20°C, encontramos que:
Wcompressão = 0,001 , m^3/kg times 900000 , Pa = 900 , J/kg
A variação de pressão é:
Então, o trabalho específico de compressão fica:
ã

Passo 3

Agora, vamos aquecer a água comprimida de 20°C para 350°C a pressão constante de 1000 kPa. Para isso, precisamos calcular a variação de entalpia ( De).
Primeiro, consultamos as tabelas de propriedades da água a 1000 kPa:
  • A 1000 kPa e 20°C: Água líquida, entalpia
  • A 1000 kPa e 350°C: Vapore superaquecido, entalpia
A variação de entalpia é:

Passo 4

Agora, vamos determinar os dispositivos necessários e seus consumos específicos de energia.
  1. Compressor: Para a etapa de compressão. O consumo específico de energia é o trabalho de compressão calculado:
    Wcompressão = 900 , J/kg = 0,9 , kJ/kg ã
  2. Aquecedor (ou Forno): Para a etapa de aquecimento a pressão constante. O consumo específico de energia é a variação de entalpia:
    Qaquecimento = De

Resposta

Os dispositivos necessários são um compressor e um aquecedor. O consumo específico de energia é de 0,9 kJ/kg para a compressão e 2752,1 kJ/kg para o aquecimento.

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