( 35 pontos) Ar é comprimido em um compressor axial operando em regime permanente de um estado inicial de
bar, para uma pressão de 2,1 bar. O trabalho necessário é de
por quilo de ar escoando através do compressor. A transferência de calor a partir do compressor ocorre a uma taxa de 14 kJ por kg em uma posição da superfície do compressor onde a temperatura é
. Variações de energia cinética e potencial podem ser desprezadas. Determine:
a) A temperatura do ar na saída,
;
b) A variação de entropia, em kJ/kgK;
c) A taxa de geração de entropia no interior do compressor, em kJ/kgK.
a) A temperatura do ar na saída,
b) A variação de entropia, em kJ/kgK;
c) A taxa de geração de entropia no interior do compressor, em kJ/kgK.
Passo 1
O enunciado descreve um compressor axial operando em regime permanente, onde ar entra no estado inicial de
e sai a . O trabalho fornecido ao ar é de
e há saída de calor de
numa superfície a . Desprezam-se variações de energia cinética e potencial.
Conteúdo aplicado: ª lei para regime permanente (fluxo estacionário) e
ª lei (balanço de entropia) para processo irreversível em sistema aberto. Adotamos ar como gás ideal com
e
.
e sai a
e há saída de calor de
numa superfície a
Conteúdo aplicado:
e
Passo 2
Aplicamos a
ª lei para fluxo estacionário por unidade de massa:
onde
é o calor entrando no sistema e
o trabalho produzido pelo sistema. Aqui o calor sai, logo
e o trabalho é fornecido ao sistema (não produzido), logo
Assim
Para gás ideal com
constante,
, então
Convertendo
, obtemos
Passo 3
A variação de entropia do ar é
Numericamente,
Portanto
Passo 4
Pela
ª lei para sistema aberto em regime estacionário, a entropia gerada por quilo de ar é
Aqui
e
, então
Resposta
a)
b)
c)
b)
c)