Uma corrente de
de água a 100 kPa e
deve ser transformada em vapor a 1000 kPa e
para ser usada em certa aplicação. Considere o processo que comprime a água até
e, em seguida, promove seu aquecimento a pressão constante até
. 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:
Aqui,
é o volume específico da água e
é a variação de pressão.
Consultando a tabela de propriedades da água a 20°C, encontramos que:
A variação de pressão é:
Então, o trabalho específico de compressão fica:
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 (
).
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.
-
Compressor: Para a etapa de compressão. O consumo específico de energia é o trabalho de compressão calculado:
-
Aquecedor (ou Forno): Para a etapa de aquecimento a pressão constante. O consumo específico de energia é a variação de entalpia:
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.