Enunciado

Estime o fluxo de exergia específica total do vapor d’água, em kJ /kg, a 200ºC e 1 bar ( 1,0 ⋅ 10 5   P a ). Despreze os efeitos de movimento e da gravidade. Efetue os cálculos (a) relativos ao ambiente do Problema 13.91. (b) utilizando dados da Tabela A-26 para cada um dos modelos.

Passo 1

Saalve galerinha, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

O fluxo total de exergia é dado por

e f = h - h 0 - T 0 s - s 0 + e c h

Das propriedades de vapor de água superaquecida em p = 1   b a r e T = 200 ° C

h = 2875,3   k J / k g

s = 7,8343   k J / k g ⋅ K

Das propriedades de vapor de água saturada em T 0 25 ° C

h 0 = 104,89   k J / k g

s 0 = 0,3674   k J / k g ⋅ K

Passo 3

A exergia química pode ser achada como

e - H 2 O c h = g - H 2 O l - g - H 2 O g T 0 ,   p 0 + R - T 0 ln ⁡ 1 y H 2 O e

Da tabela A-25, propriedades termoquímicas de substâncias selecionadas, a função de Gibbs de formação é

  • Água líquida: g - H 2 O l = - 237180   k J / k m o l
  • Água gasosa: g - H 2 O g = - 228590   k J / k m o l

A fração molar da água é

y H 2 O e = 3,12 100 = 0,0312

Substituindo na equação, temos

e - H 2 O c h = - 237180 - - 228590 + 8,314 ⋅ 298,15 ln ⁡ 1 0,0312 = 4,9016   k J / k m o l

A exergia química em unidade de massa

e - c h = 4,9016   k J / k m o l M H 2 O = 4,9016 18,02 = 0,27   k J / k g

Passo 4

Substituindo para a exergia padrão

e f = h - h 0 - T 0 s - s 0 + e - H 2 O c h

→ e f = 2875,3 - 104,89 - 28,15 7,8343 - 0,3674 + 0,272

→ e f = 544,43   k J / k g

Passo 5

b) da Tabela A-26, do Modelo I

e - H 2 O c h = 45   k J / k m o l

Em unidade de massa

e - c h = 45   k J / k m o l M H 2 O = 45 18,02 = 2,49   k J / k g

Então, o fluxo de energia total no modelo I é dado por

e f ,   I = 544,15 + 2,49 = 546,648   k J / k g

Passo 6

do Modelo II

e - H 2 O c h = 900   k J / k m o l

Em unidade de massa

e - c h = 900   k J / k m o l M H 2 O = 900 18,02 = 49,94   k J / k g

Então, o fluxo de energia total no modelo II é dado por

e f ,   I I = 544,15 + 49,94 = 594,09   k J / k g

Resposta

e f ,   I = 544,15 + 2,49 = 546,648   k J / k g

e f ,   I I = 544,15 + 49,94 = 594,09   k J / k g

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