57 Uma turbina, que opera com amônia, é utilizada num ciclo térmico de refrigeração. A pressão e a temperatura na seção de alimentação da turbina são iguais a 2,0 MPa e 70°C. Esta turbina aciona um compressor de amônia que é alimentado com vapor saturado de amônia que é alimentado com vapor saturado de amônia a -20°C. As pressões de exaustão nos dois equipamentos são iguais a 1,2 MPa e as duas exaustões são misturadas. Alega-se que a razão entre a vazão em massa que escoa na turbina e a vazão em massa total (soma da vazão em massa no compressor com a vazão na turbina) é igual a 0,62. Como você julga esta alegação? É possível realizar tal processo?

Passo 1

Nessa questão vamos usar a equação da continuidade:

m ˙ 5 = m ˙ 1 + m ˙ 3

A equação da energia:

m ˙ 5 h 5 = m ˙ 1 h 1 + m ˙ 3 h 3

E da equação da entropia:

m ˙ 5 s 5 = m ˙ 1 s 1 + m ˙ 3 s 3 + S ˙ g e r

Ahhh.. e as tabelas do final do livro..

Passo 2

Vamos começar fazendo uma pequena mágica: (que é o 0,62)

y = m ˙ 1 m ˙ 5

Então ficamos com a equação da energia:

h 5 = y h 1 + 1 - y h 3

E a equação da entropia:

s 5 = y s 1 + 1 - y s 3 + S ˙ g e r m ˙ 5

Passo 3

No estado 1 temos amônia superaquecido, então pegamos os dados na tabela B.2.2:

h 1 = 1542,7   k J / k g

s 1 = 4,982   k J / k g K

E no estado 3 temos vapor saturado:

h 3 = 1418,1   k J / k g

s 3 = 5,616   k J / k g K

E no estado 5 podemos calcular a entalpia:

h 5 = y h 1 + 1 - y h 3

h 5 = 0,62 × 1542,7 + 1 - 0,62 × 1418,1

h 5 = 1495,4   k J / k g K

Agora a gente procura na parte de 1200 kPa, na tabela B.2.2 essa entalpia. E ta bem na linha de 40°C certinho e bonitinho. Então pegamos a entropia:

s 5 = 5,0564   k J / k g K

Passo 4

Usando a equação da entropia:

s 5 = y s 1 + 1 - y s 3 + S ˙ g e r m ˙ 5

5,056 = 0,62 × 4,982 + 1 - 0,62 × 5,616 + S ˙ g e r m ˙ 5

S ˙ g e r m ˙ 5 = - 0,1669

Como é netagivo, então é impossível.

Resposta

Impossível

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