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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 81

Calcule a eficiência baseada na segunda lei da termodinâmica do trocador de calor contracorrente descrito no Prob. 9.61. Admita que a temperatura do ambiente é a 20 ° C .

Passo 1

Opa, bora resolver esse problema comigo?

Pronto? Vamos lá!

Começamos o nosso problema aplicando a equação de energia no nosso sistema:

m ˙ a r ∆ h a r = m ˙ H 2 O ∆ h H 2 O

Pela Tabela A.7:

∆ h = h 1 - h 2 = 1046,22 - 401,3

h 1 - h 2 = 644,92   k J / k g

Pela Tabela B.1.2:

h 3 = 83,94   k J / k g

s 3 = 0,2966   k J / k g ⋅ K

Assim, calculando h 4 :

h 4 - h 3 = m ˙ a r m ˙ H 2 O h 1 - h 2

h 4 - h 3 = 2 0,5 ⋅ 644,92

h 4 - h 3 = 2579,68   k J / k g

Assim:

h 4 = 2579,68 + 83,94

h 4 = 2663,62   k J / k g

Como:

h 4 < h g   a   200   k P a

Temos:

T 4 = T s a t = 120,23 ° C

Dessa forma, calculando o x 4 :

2663,62 = 504,68 + x 4 ⋅ 2201,96

x 4 = 0,9805

Por fim, calculando s 4 :

s 4 = 1,53 + 0,9805 ⋅ 5,597

s 4 = 7,01786   k J / k g

Passo 2

Calculando a variação de disponibilidade:

ψ 1 - ψ 2 = h 1 - h 2 + T o ( s 2 - s 1 )

ψ 1 - ψ 2 = 1046,2 - 401,3 + 293,2 ⋅ 7,1593 - 8,1349 - 0,287 ⋅ ln ⁡ 100 125

ψ 1 - ψ 2 = 377,6   k J / k g

E

ψ 4 - ψ 3 = h 4 - h 3 + T o ( s 4 - s 3 )

ψ 4 - ψ 3 = 2663,6 - 83,9 - 293,2 ⋅ ( 7,0179 - 0,2966 )

ψ 4 - ψ 3 = 609   k J / k g

Passo 3

O problema nos pede para calcular a eficiência baseada na segunda lei da termodinâmica, assim:

n I I = m ˙ H 2 O ⋅ ψ 4 - ψ 3 m ˙ a r ⋅ ψ 1 - ψ 2

n I I = 0,5 ⋅ 609 2 ⋅ 377,6

n I I = 0,403

Até a próxima questão!

Resposta

n I I = 0,403

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