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Enunciado

Termodinâmica - Sonntag, R.E. e Borgnakke, C. -Fundamentos da Termodinâmica- Ed: 1º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 111

Um vapor de amônia entra em um dispositivo em regime permanente a 100   k P a e 50 ° C , com vazão de 1   k g / s . Duas correntes saem do equipamento com vazões mássicas iguais; uma está a 200   k P a e 50 ° C e a outra é líquido saturado a 10   ° C . Alega-se que o dispositivo opera em um ambiente a 25   ° C com uma potência elétrica de 250   k W . Isto é possível?

Passo 1

Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!

Recebemos os seguintes dados para uma entrada e duas saídas de amônia:

P 1 = 100   k P a

P 2 = 200   k P a

T 1 = 50   ° C

T 2 = 50   ° C

T 3 = 10   ° C

T a m b = 25   ° C = 298   K

m 1 ' = 1 k g s

m 2 ' = 0,5 k g s

m 3 ' = 0,5 k g s

W ' = - 250   k W

Muita informação, mas dessa forma fica mais simples de resolver. Para ver se esse processo é possível, temos que ver se a geração de entropia é positiva ou negativa. A variação de entropia de um sistema ou de sua vizinhança pode ser negativa, mas a geração de entropia não pode.

Passo 2

Da tabela de amônia superaquecida B.2.2, com valores correspondentes a P 1 = 100   k P a e T 1 = 50   ° C , podemos encontrar a entropia e a entalpia específicas do estágio 1:

h 1 = 1581,2 k J k g

s 1 = 6,4943 k J k g   K

Já com os valores de P 2 = 200   k P a e T 2 = 50   ° C , podemos encontrar a entropia e a entalpia específicas do estágio 2:

h 2 = 1576,6 k J k g

s 2 = 6,1453 k J k g   K

Passo 3

Da tabela de amônia saturada B.2.1, com valor correspondente a T 3 = 10   ° C , podemos encontrar entropia e entalpia específicas do estágio 3 do líquido saturado:

h 3 = h f = 226,97 k J k g

s 3 = s f = 0,8779 k J k g   K

Calculando a taxa de transferência de calor,

Q ' = m 3 ' h 3 + m 2 ' h 2 - m 1 ' h 1 + W '

Substituindo os termos

Q ' = 0,5 ∙ 226,97 + 0,5 ∙ 1576,6 - 1 ∙ 1581,2 - 250 = - 929,4   k W

Calculando a geração de entropia durante o processo:

Δ S g e n = m 3 ' s 3 + m 2 ' s 2 - m 1 ' s 1 - Q ' T a m b

Novamente, fazendo o processo de substituição, temos que

Δ S g e n = 0,5 ∙ 0,8779 + 0,5 ∙ 6,1453 - 1 ∙ 6,4943 + 929,4 298 = 0,14 k W K > 0

Nós podemos ver que S g e n > 0 , ´logo, o processo é possível!

Resposta

Δ S g e n = 0,14 k W K > 0

O processo é possível!

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