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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 33

Um tanque rígido bem isolado contém 6 lbm de mistura líquido-vapor saturado de água a 35 psia. Inicialmente, três quartos da massa estão na fase líquida. Um aquecedor a resistência elétrica colocado no tanque é ligado e mantido até que todo o líquido no tanque seja vaporizado. Considerando que a vizinhança está a 75 °F e 14,7 psia, determine (a) a destruição de exergia e (b) a eficiência de segunda lei para esse processo.

Passo 1

A questão nos dá os seguintes dados:

  • m = 6   l b m
  • P 1 = 35   p s i a
  • x 1 = 0,25
  • T 0 = 75   º F = 535   R
  • P 0 = 14,7   p s i a

Passo 2

Vamos começar consultando as propriedades nas tabelas termodinâmicas

Para o estado inicial ( 1 )

P 1 = 35   p s i x 1 = 0,25 ⇒ T a b e l a   A - 5 E v l = 0,01708 p e 3 l b m v v = 11,901 p e 3 l b m u l = 227,92 B t u l b m u l v = 862,19 B t u l b m s l = 0,38093 B t u l b m ⋅ R s l v = 1,30632 B t u l b m ⋅ R

Vamos calcular o valor dos títulos:

v 1 = v l + x 1 ⋅ v v - v l = 0,01708 + 0,25 ⋅ 11,901 - 0,01708 ⇒ v 1 = 2,988 p e 3 l b m u 1 = u l + x 1 ⋅ u l v = 227,92 + 0,25 ⋅ 862,19 ⇒ u 1 = 443,47 B t u l b m s 1 = s l + x 1 ⋅ s l v = 0,38093 + 0,25 ⋅ 1,30632 ⇒ s 1 = 0,70751 B t u l b m ⋅ R

No estado ( 2 ) atinge-se vapor saturado, mas o volume continua constante:

v 2 = 2,988 p e 3 l b m V a p o r   S a t u r a d o

Passo 3

Item A)

A variação de entropia em um sistema pode ser determinada por:

S e n t - S s a i + S g e n = Δ S

No nosso sistema, não há entrada ou saída de entropia:

S g e n = Δ S

S g e n = m s 2 - s 1

S g e n = 6   l b m ⋅ 1,5692 B t u l b m   K - 0,70751 B t u l b m   K

S g e n = 5,17014 B t u K

E a exergia destruída pode ser calculada por sua definição:

X d e s t = T 0 ⋅ S g e n

X d e s t = 535 ⋅ 5,17014 B t u K

X d e s t = 2.766,03 ‬   B t u

Passo 4

Item B)

No caso de uma resistência elétrica, todo trabalho elétrico é convertido em trabalho útil. Como esse é um processo de volume constante, podemos calcular como:

W u = m u 2 - u 1 = 6   l b m   1110,9 - 443,47 ⇒ W u = 4005   B t u

Utilizando a Equação 8-5 podemos calcular o trabalho reversível

W r e v = W u - X d e s t = 4005 - 2766 = 1239   B t u

Com isso podemos calcular a eficiência de segunda lei:

η I I = W r e v W u = 1239 4005

η I I = 30,9 %

Resposta

  1. X d e s t = 2.766,03 ‬   B t u
  2. η I I = 30,9 %
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