Ar é admitido em um compressor operando em regime permanente a = 15 lbf/in² (103,4 kPa) e = 60°F (15,6°C). O ar passa por um processo politrópico sendo descarregado a = 75 lbf/in² e (145,6°C). (a) Avalie o trabalho e o calor transferido, ambos em Btu por lb de ar em escoamento. (b) Represente o processo em esboços dos diagramas p-v e T-s e associe áreas dos diagramas com o trabalho e a quantidade de calor transferida, respectivamente. Considere o modelo de gás ideal para o ar e despreze os efeitos das energias cinética e potencial.
Passo 1
Faaaaaaala galera!!! Mais um questãozinha de compressores! Bora começar?
Vamos começar organizando organizando algumas hipóteses para prosseguirmos com os cálculos:
1 – O volume de controle escolhido inclui o compressor, uma entrada de ar e uma saída de ar.
2 – O processo ocorre em regime permanente.
3 – O ar passa por um processo politrópico que segue a relação
4 – Os efeitos da energia cinética e potencial podem ser desprezados.
5 – O ar é modelado como um gás ideal.
Vamos organizar também os dados fornecidos!
Agora vamos para os cálculos!
Passo 2
Temos as pressões e as temperaturas de ambos os estados não é? Então vamos aplicar a relação entre elas para processos politrópicos para acharmos o n!!!
Substituindo os dados:
Show de bola!!! Agora podemos partir para o calculo do trabalho e do calor!
Passo 3
Para processos politrópicos de gases ideais podemos usar a Eq. 6.55a do livro para o cálculo do trabalho por unidade de massa!
Onde o R = 1,986/28,97 Btu/lb.°R
Substituindo os dados, temos:
Que beleza! O trabalho nós já temos, vamos para o calor!
Passo 4
Para o calor vamos fazer o balanço energético, lembrando da hipótese 4!
Queremos o calor por unidade de massa, então:
Mas quem são essas entalpias? Vamos para a tabela A-22E para descobrir! O é referente ao ar como gás ideal numa temperatura de 520°R e o a uma temperatura de 754°R!
Tudo certo né? Agora é só substituir!
Opa! Agora só falta esboçar os gráficos p-v
E agora o esboço do gráfico T-s:
Resposta
a)
b)