Exercícios Resolvidos de Entropia

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Enunciado

Considere um motor térmico de Carnot que utiliza água como fluido de trabalho. A temperatura do reservatório térmico onde se transfere Q H é de 250°C. Neste processo de transferência de calor, a água se transforma de líquido saturado para vapor saturado. Sabendo que a pressão na água é igual a 100 kPa no processo de rejeição de calor, determine T L , a eficiência do ciclo, os calores transferidos no ciclo e a entropia da água no início da rejeição de calor para a fonte fria.

Passo 1

Vamos lá! Esse problema trata de um ciclo de Carnot e são fornecidos os seguintes dados

  • T H = 250 ° C Temperatura trocada na fonte quente.
  • A transferência de calor na fonte quente faz com que a água passe de líquido saturado para vapor saturado. Portanto, podemos tirar diversos informações pela tabela.
  • A rejeição de calor é feita a 100 kPa.

O problema pede T L , η , Q L , Q H e s durante a rejeição de calor.

Passo 2

Primeiro e mais fácil vamos achar T L . Basta olhar na tabela qual a temperatura da água saturada a 100 kPa ou 0,1 MPa. Pela tabela vemos que esse valor é de 99,62°C

Passo 3

Como o ciclo opera segundo um ciclo de Carnot basta utilizarmos a equação da eficiência para ciclos de Carnot segundo a temperatura

η = 1 - T L T H

η = 1 - 99,62 + 273 250 + 273 = 1 - 372,62 523 = 28,7 %

Passo 4

Os calores transferidos no ciclo são iguais as variações de entalpia, isso porque são transformações isobáricas. Portanto basta usar os valor de h l v de 250°C para o Q H .

Q H = 1716,2 k J k g

Para o cálculo de Q L podemos utilizar a relação

T L T H = Q L Q H

372,62 523 = Q L 1716,2

Q L = 1222,7 k J k g

Passo 5

Para achar o valor da entropia novamente devemos recorrer à tabela. No início da rejeição de calor temos vapor d’água a 250°C, portanto sua entropia vale

s = 6,0729 k J k g   K

Resposta

T L = 99,62 ° C

Q H = 1716,2 k J k g

Q L = 1222,7 k J k g

s = 6,0729 k J k g   K

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