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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 03

Um ciclo de Carnot com escoamento em regime permanente utiliza água como fluido de trabalho. A água muda de líquido saturado para vapor saturado à medida que o calor é transferido para ela de uma fonte a 250 ° C . A rejeição de calor ocorre a uma pressão de 20   k P a . Mostre o ciclo em um diagrama T - s que inclua as linhas de saturação e determine (a) a eficiência térmica, (b) a quantidade de calor rejeitado e (c) o trabalho líquido.

Passo 1

Temos três letrinhas pra resolver e um diagrama para montar. Vamos lá!

Começando pela nossa letra (a), primeiro a gente precisa separar a temperatura correspondente a pressão dada pra gente:

T s a t @ 20 k P a = 60,06 ° C

A nossa temperatura correspondente a 20   p s i a é o nosso T L e o nosso T H já foi dado, temos apenas que ajustar as unidades:

T H = 250 ° C   → 523   K

T L = 60,06 ° C   → 333,1   K

Show! agora já podemos encontrar a nossa eficiência:

η = 1 - T L T H

η = 1 - 333,1 523

η = 0,363

ou

η = 36,3 %

Passo 2

Na letra (b), ele quer há quantidade de calor rejeitado. Vamos achar ele através da fórmula:

q o u t = T L T H * q i n

Só precisamos achar o q i n , que conseguiremos resolver essa! E ele já é tabelado, pois nesse caso ele é igual a entalpia, então tá tudo ok!

q i n = h f g @ 250 ° C = 1715,3   k J / k g

Agora partiu achar o que o enunciado pediu:

q o u t = 333,1 523 * 1715,3

q o u t = 1092,3   k J / k g

Passo 3

Na letra (c) precisamos encontrar o trabalho líquido produzido, ele é dado por essa fórmula aqui:

W n e t = η * q i n

A eficiência a gente encontrou lá na letra A, e a quantidade de calor já temos também. Então show, vamos lá!

W n e t = 0,363 * 1715,3

W n e t = 623   k J / k g

Passo 4

Agora fazendo o diagrama:

Resposta

  1. η = 36,3 %

  2. q o u t = 1092,3   k J / k g

  3. W n e t = 623   k J / k g

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