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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 05

Considere um ciclo de Carnot com escoamento em regime permanente com água como fluido de trabalho. As temperaturas máxima e mínima do ciclo são 350 ° C e 60 ° C . O título da água é 0,891 no início do processo de rejeição de calor e 0,1 ao final. Mostre o ciclo em um diagrama T - s que inclua as linhas de saturação e determine (a) a eficiência térmica, (b) a pressão na entrada da turbina e (c) o trabalho líquido.

Passo 1

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

Vamos separar as temperaturas e ajustar as unidades delas, beleza?

T H = 350 ° C   → 623   K

T L = 60 ° C   → 333   K

Show! agora já podemos encontrar a nossa eficiência:

η = 1 - T L T H

η = 1 - 333 623

η = 0,465

ou

η = 46,5 %

Passo 2

Agora partiu letra (b)! O exercício pede a pressão na entrada da turbina, vamos encontrá-la! Pra isso a gente tem que visitar a tabela A-6 do livro, lá nós encontramos as pressões, só precisamos ter a temperatura e título.

A temperatura já foi dado que é:

T 2 = 350 ° C

Vamos achar o título, com a equação aqui de baixo e substituindo os valores que já são tabelados:

s 2 = s 3 = s f + x 3 * s f g

s 2 = 0,8313 + 0,891 * 7,0769

s 2 = 7,1368   k J / k g * K

Para esses valores de T 2 = 350 ° C e s 2 = 7,1368   k J / k g * K : P 2 ≈ 1,40   M P a

Show! Agora a última parte!

Passo 3

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

W n e t = η * q

Mas também pode ser calculado como a área do gráfico. Com nossos dessa forma é mais tranquilo de fazer, então vamos lá!

W n e t = T H - T L * ( s 3 - s 4 )

Agora temos que achar o s 4 , vamos lá:

s 4 = s f + x 4 * s f g

s 4 = 0,8313 + 0,1 * 7,0769

s 4 = 1,5390   k J / k g * K

Beleza! Agora só voltar na equação do trabalho e tá tudo de boa!

W n e t = 623 - 333 * ( 7,1368 - 1,5390 )

W n e t = 1623   k J / k g

Aeee! Conseguimos!

Passo 4

Agora só falta o diagrama:

Resposta

  1. η = 46,5 %

  2. P 2 ≈ 1,40   M P a

  3. W n e t = 1623   k J / k g

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