Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 105

Um elemento de resistência elétrica de de comprimento e , cujo diâmetro é de 0, está imerso em de água inicialmente a . Considerando que o recipiente de água está bem isolado, determine quanto tempo levará para que esse aquecedor eleve a temperatura da água até . Determine também o consumo mínimo necessário de calor e a destruição de exergia desse processo, em . Considere .

Passo 1

Vamos lá, estudantes! Um aquecedor de resistência elétrica é imerso em água. O tempo necessário para o aquecedor elétrico elevar a temperatura da água a uma temperatura especificada, a entrada mínima de trabalho e o esforço destruído durante este processo devem ser determinados.

Passo 2

Tomando a água do recipiente como sistema, que é um sistema fechado, o balanço energético pode ser expresso como,

Substituindo,

Resolvendo para

Mais uma vez, levamos a água do tanque para ser o sistema. Observando que nenhum calor ou massa atravessa os limites deste sistema e que a energia e o conteúdo de entropia do aquecedor são insignificantes, o equilíbrio de entropia para ele pode ser expresso como

Passo 3

Portanto, a entropia gerada durante este processo é,

A exergia destruída durante um processo pode ser determinada a partir de um balanço de exergia ou diretamente a partir de sua definição,

A entrada de trabalho real para este processo é,

Então a entrada de trabalho reversível (ou mínimo necessário) torna-se,

Resposta

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