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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 12

Um escoamento de ar a 1000   k P a e 300   K é estrangulado até a pressão de 500   k P a . Determine a irreversibilidade desse processo. Qual é a queda da disponibilidade nesse escoamento?

Passo 1

E aí, bora resolver essa questão juntos?

Vamos lá!

Neste problema, temos um processo de estrangulamento.

Temos que a entalpia é constante se desprezarmos as variações de energia cinética.

h 2 = h 1

Desse modo, considerando um gás ideal:

T 2 = T 1

A equação de entropia para esse processo se dá por:

s 2 - s 1 = s g e r

Abrindo a equação:

s g e r = s T 2 o - s T 1 o - R ln ⁡ p 2 p 1

Como:

s T 2 o = s T 1 o  

Então:

s g e r = - R ln ⁡ p 2 p 1

Passo 2

Pela Tabela A.5, para o ar, temos:

R = 0,287   k J / k g ⋅ K

Dados:

p 1 = 1000   k P a

p 2 = 500   k P a

Substituindo na equação:

s g e r = - 0,287 ⋅ ln ⁡ 500 1000  

s g e r = 0,2   k J / k g

Determinando a irreversibilidade desse processo:

i = T o s g e r

Considerando:

T o = 25 ° C = 298   K

Temos:

i = 298 ⋅ 0,2

i = 59,6   k J / k g

Passo 3

Por fim, calcularemos a queda da disponibilidade nesse escoamento.

Temos que a queda de disponibilidade é a destruição de exergia, o que significa que é a irreversibilidade.

Desse modo:

∆ ψ = i = 59,6   k J / k g

Resposta

i = 59,6   k J / k g

∆ ψ = 59,6   k J / k g

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