Propano a 0,1   M P a e 20 ° C entra em um compressor isolado operando em regime permanente e sai a 0,4   M P a e 90 ° C . Desprezando os efeitos das energias cinética e potencial, determine:

a) o trabalho requerido pelo compressor, em k J / k g de propano escoando.

b) a taxa de geração de entropia no interior do compressor, em k J / K por k g de propano escoando.

Passo 1

E aí, bora resolver mais uma exercício comigo?

Então, vamos lá!

Começamos o nosso problema analisando os estados do nosso sistema:

- Estado 1:

p 1 = 0,1   M P a

T 1 = 20 ° C

Pela tabela de propriedades do vapor de propano superaquecido, sob essas condições, obtemos:

h 1 = 517,6   k J / k g

s 1 = 2,194   k J / k g ⋅ K

- Estado 2:

p 2 = 0,4   M P a

T 2 = 90 ° C

Da mesma tabela, sob as condições de saída, obtemos:

h 2 = 639,2   k J / k g

s 2 = 2,311   k J / k g ⋅ K

Agora, vamos para os cálculos!

Passo 2

Letra a)

Calculando o trabalho requerido pelo compressor.

Aqui, devemos aplicar um balanço de energia em nosso sistema:

Q ˙ v c - W ˙ v c = ∆ U

Para um processo isentrópico e de volume constante, temos:

- W ˙ v c = m ˙ h 2 - h 1

- W ˙ v c m ˙ = h 2 - h 1

W ˙ v c m ˙ = h 1 - h 2

Substituindo os dados:

W ˙ v c m ˙ = 517,6 - 639,2

W ˙ v c m ˙ = - 121,6   k J / k g

Passo 3

Letra b)

Calculando a taxa de geração de entropia no interior do compressor.

Aqui, vamos utilizar a Eq. 6.39:

σ ˙ v c m ˙ = s 2 - s 1

Substituindo os dados:

σ ˙ v c m ˙ = 2,311 - 2,194

σ ˙ v c m ˙ = 0,117   k J / k g ⋅ K

E acabamos!

Até a próxima questão!

Resposta

a )   W ˙ v c m ˙ = - 121,6   k J / k g

b )   σ ˙ v c m ˙ = 0,117   k J / k g ⋅ K

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