Enunciado

54 A Fig. P9.54 mostra uma câmara de mistura que é alimentada com 5 kg/min de líquido saturado de amônia a -20°C e com amônia a 40°C e 250 kPa. A taxa de transferência de calor do meio, que apresenta temperatura igual a 40°C, para a câmara é 325 kJ/min. Sabendo que a amônia é descarregada da câmara como vapor saturado a -20°C, determine a outra vazão de alimentação e a taxa de geração de entropia no processo.

Passo 1

Opaaa... vamos pra mais uma?

Nessa questão vamso usar a equação da continuidade (o que é entra é igual ao que sai):

m ˙ 1 + m ˙ 2 = m ˙ 3

Da equação da enrgia:

m ˙ 1 h 1 + m ˙ 2 h 2 + Q ˙ = m ˙ 3 h 3

E também da equação da entropia:

m ˙ 1 s 1 + m ˙ 2 s 2 + Q ˙ T + S ˙ g e r = m ˙ 3 s 3

Ahhhh.. e também tabelas do final do livro.

Passo 2

Em 1 a gente tem amônia como líquido saturado a -20°C, então pegando a entalpia e a entropia específicas na tabela B.2.1:

h 1 = 89,05   k J / k g

s 1 = 0,3657   k J / k g K

Já pra 2, se a gente olhar a pressão de saturação pra 40°C, vamos ver que é mais alta que 250 kPa, então temos amonia como vapor superaquecido. Então pegando a entalpia e a entropias específicas na tabela B.2.2 para 250 kPa e 40°C: (vamos precisar interpolar.... afff)

- pra entalpia específica:

h 2 - 1554,3 1549,0 - 1554,3 = 250 - 200 300 - 200

h 2 = 1551,7   k J / k g

- pra entropia específica:

s 2 - 6,0751 5,8645 - 6,0751 = 250 - 200 300 - 200

s 2 = 5,9698   k J / k g K

E pra 3 temos amônia como vapor saturado a -20°C, então pegando a entalpia e a entropia específicas na tabela B.2.1:

h 3 = 1418,0   k J / k g

s 3 = 5,6155   k J / k g K

Passo 3

Se a gente pegar a equação da continuidade e subtituir a vazão de 3 na equação da energia:

m ˙ 1 h 1 + m ˙ 2 h 2 + Q ˙ = m ˙ 3 h 3

m ˙ 1 h 1 + m ˙ 2 h 2 + Q ˙ = m ˙ 1 + m ˙ 2 h 3

Dá pra gente achar a vazão em 2, né?

5 × 89,05 + m ˙ 2 × 1551,7 + 325 + ( 5 + m ˙ 2 )   1418,0

m ˙ 2 = 47,288   k g / m i n

E para achar a vazão 3 é só voltar pra equação da continuidade:

m ˙ 1 + m ˙ 2 = m ˙ 3

5 + 47,288 = m ˙ 3

m ˙ 3 = 52,288   k g / m i n

Passo 4

Agora já tem tudo pra jogar na equação da entropia pra achar a geração de entropia:

m ˙ 1 s 1 + m ˙ 2 s 2 + Q ˙ T + S ˙ g e r = m ˙ 3 s 3

5 × 0,3657 + 47,288 × 5,6155 + 325 273,15 + 40 + S ˙ g e r = 52,288 × 5,6155

S ˙ g e r = 8,94   k J / m i n K

Resposta

m ˙ 2 = 47,288   k g / m i n

S ˙ g e r = 8,94   k J / m i n K

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