Vapor de água é gerado na caldeira de uma usina de cogeração a 10 MPa e 450 °C, a uma vazão constante de 5 kg/s. Em operação normal, o vapor se expande em uma turbina até uma pressão de 0,5 MPa, e em seguida, é direcionado para uma unidade de processamento térmico, onde fornece o calor de processo. A água sai da unidade de processamento térmico, onde fornece o calor de processo. A água sai da unidade de processamento térmico como líquido saturado e é bombeada até a pressão da caldeira. Nesse modo de operação, nenhum vapor passa pelo condensador, que opera a 20 kPa.

(a) Determine a potência produzida e a taxa com a qual o calor de processo é fornecido nesse modo.

(b) Determine a potência produzida e a taxa com a qual calor de processo é fornecido, considerando que apenas 60% do vapor é direcionado para a unidade de processamento térmico enquanto o restante se expande até a pressão do condensador.Passo 1

Beleza, antes de começar o exercício, vamos ilustrar o diagrama do problema com os pontos de interesse e seus componentes:

Agora o que devemos fazer é pegar as propriedades do fluido nos pontos de interesse com os dados fornecidos no enunciado, então, com a ajuda das tabelas termodinâmicas do apêndice A, temos:

Com esse valor, podemos encontrar o trabalho específico exigido pela bomba 1 e depois encontrar a entalpia no ponto 2, então teremos:

E, aplicando o equilíbrio de energia específica para a bomba 1, temos:

Agora, continuando com as propriedades, temos:

Com esse valor, podemos encontrar o trabalho específico exigido pela bomba 2 e depois encontrar a entalpia no ponto 4, então teremos:

E, aplicando o equilíbrio de energia específica para a bomba 2, temos:

Agora, para encontrar a entalpia no ponto 5, vamos aplicar o equilíbrio de energia para a câmara de mistura, então, teremos:

Nesse caso, como temos regime permanente, a equação acima se torna:

Então, aplicando essa equação para a câmara de mistura, temos:

Substituindo os valores conhecidos, temos:

Passo 1

Passo 2

Passo 3

Resposta