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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 8.Problemas - Ex. 15

Vapor saturado é gerado em uma caldeira pela conversão de líquido saturado para vapor saturado a 200 psia. Isso acontece devido à transferência de calor dos gases de combustão, que estão a 500 °F, para a água nos tubos da caldeira. Calcule o potencial de trabalho desperdiçado associado com esse processo de transferência de calor. Como o aumento da temperatura dos gases de combustão afeta o potencial de trabalho da corrente de vapor? Considere T 0 = 80 ° F   e   P 0 = 14,7 p s i a .

Passo 1

Vamos considerar o seguinte:

Existem condições operacionais estáveis.

As alterações cinéticas e potenciais de energia são insignificantes

As propriedades da água na entrada e saída da caldeira e no estado morto são:

P 1 = 200 p s i a ⇒ h 1 = h f = 355,46 B t u / l b m   e   s 1 = s f = 0,54379 B t u / l b m ⋅ R

x 1 = 0

P 2 = 200 p s i a ⇒ h 2 = h g = 1198,8 B t u / l b m   e   s 2 = s g = 1,5460 B t u / l b m ⋅ R

x 2 = 1

T 0 = 80 ° F ⇒ h 0 ≃ h f   à   80 ° F = 48,07 B t u / l b m   e   s 0 ≃ s f   à   80 ° F = 0,09328 B t u / l b m ⋅ R

P 0 = 14,7 p s i a

Passo 2

Agora, achamos a transferência de calor durante o processo:

q i n = h 2 - h 1 = 1198,8 - 355,46 = 843,3 B t u / l b m

E a entropia:

s g e n = Δ s w + Δ s R = ( s 2 - s 1 ) - q i n T R = 0,12377 B t u / l b m ⋅ R

Portanto, a destruição de exergia é:

x d e s t = T 0 s g e n = ( 80 + 460 R ) ( 0.12377 ) = 66.8 B t u / l b m

E o potencial de trabalho (exergia) da corrente de vapor:

Δ ψ w = h 2 - h 1 - T 0 ( s 2 - s 1 ) = 302,1 B t u / l b m

Resposta

Δ ψ w = 302,1 B t u / l b m

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