Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 15.Problemas - Ex. 116
Repita o Prob. 15–115 utilizando um carvão de Utah (Estados Unidos), cuja análise final (em massa) corresponde a , , , 1 , e de cinzas (não combustíveis). Despreze o efeito do enxofre nos balanços de energia e entropia.
Passo 1
Fala aí galera, vamos para mais um problema de Termodinâmica. Temos que o número de mol de cada elemento é dado por:
Com isso, o número de mols da mistura será:
Já para as frações molares, temos:
Passo 2
Com isso, podemos escrever a equação de combustão da seguinte forma:
De acordo com o balanço do oxigênio, temos:
Substituindo:
O peso aparente vai ser dado por:
Passo 3
Agora, temos que:
Assumindo que o ar e a combustão produzem um gas ideal, teremos . A partir da tabela abaixo, temos:
Logo:
Com isso, temos que a perda de calor por unidade de massa do combustível é dada por:
Por fim, a quantidade de vapor gerado por unidade de massa de combustível queimado é determinada a partir de um balanço energético, temos:
Passo 4
Agora, para calcularmos a geração de entropia durante este processo, temos:
Os valores de entropia listados nas tabelas de gás ideais são para pressão de . Tanto o ar quanto o gás do produto estão no total, com pressão de , mas as entropias devem ser calculadas à pressão parcial dos componentes que é igual a , onde é a fração molar do componente . Então:
Substituindo:
Sabemos que a mudança de exergia dos fluxos de combustão é igual à destruição de exergia, uma vez que não há saída real do trabalho. Temos:
Por unidade de massa, temos:
Passo 5
Agora, para a mudança de exergia da corrente de vapor, temos:
Passo 6
Por fim, o potencial de trabalho perdido é o negativo da variação líquida de exergia de ambos os fluxos. Logo: