Enunciado

60 Um processo industrial requer uma vazão em massa de 5 kg/s de amônia a 500 kPa e 20°C. A amônia está disponível em dois reservatórios. A pressão e a temperatura da amônia num destes reservatórios são iguais a 500 kPa e 140°C e a amônia se encontra como líquido saturado a 20 °C no outro reservatório. Propõe-se a utilização de uma câmara de mistura adiabática para a produção do insumo requerido. Admitindo que o regime de operação do equipamento seja o permanente, determine as vazões em massa nas seções de alimentação da câmara e a taxa total de geração de entropia neste processo de mistura.

Passo 1

E aí.. vamos pra mais uma questão??

Nessa vamos usar a equação da continuidade:

m ˙ 1 + m ˙ 2 = m ˙ 3

Da equação da energia:

m ˙ 1 h 1 + m ˙ 2 h 2 = m ˙ 3 h 3

E da equação da entropia:

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

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

Passo 2

Em 1 temos amônia como líquido saturado a 20°C. Pegando a entalpia e a entropia na Tabela B.2.1:

h 1 = 273,4   k J / k g

s 1 = 1,0408   k J / k g K

Em 2 temos amônia como vapor superaquecido a 500 kPa e 140 °C. Pegando a entalpia e a entropia na tabela B.2.2:

h 2 = 1773,8   k J / k g

s 2 = 6,2422   k J / k g K

E em 3 temos amônia como vapor superaquecido também. Pegando a entalpia e a entropia na tabela B.2.2:

h 3 = 1488,3   k J / k g

s 3 = 5,4244   k J / k g K

Passo 3

Se a gente colocar a vazão de 2 em função da vazão de 1 e de 3:

m ˙ 1 + m ˙ 2 = m ˙ 3

m ˙ 2 = m ˙ 3 - m ˙ 1

E colocando na equação da energia:

m ˙ 1 h 1 + m ˙ 2 h 2 = m ˙ 3 h 3

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

E aí dá pra achar a vazão de 1:

m ˙ 1 × 273,4 + 5 - m ˙ 1 × 1773,8 = 5 × 1488,3

m ˙ 1 = 0,952   k g / s

E pra achar a vazão de 2:

0,95 + m ˙ 2 = 5

m ˙ 2 = 4,05   k g / s

Passo 4

Agora só falta a entropia gerada:

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

0,95 × 1,0408 + 4,05 × 6,2422 + S ˙ g e r = 5 × 5,4244

S ˙ g e r = 0,852   k W / K

Resposta

m ˙ 1 = 0,952   k g / s

m ˙ 2 = 4,05   k g / s

S ˙ g e r = 0,852   k W / K

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