Água a
e
entra em uma câmara de mistura com vazão de
, onde se mistura uniformemente com vapor em processo isobárico a
. A mistura sai da câmara na mesma pressão e
e perde calor para o meio ambiente a
na taxa de
. Desprezando os efeitos das energias cinética e potencial, determinar o que se pede e comentar os resultados:
a) A vazão mássica de vapor;
b) A vazão mássica da mistura;
c) A geração de entropia no processo;
d) Classificar o processo.
a) A vazão mássica de vapor;
b) A vazão mássica da mistura;
c) A geração de entropia no processo;
d) Classificar o processo.
Passo 1
O enunciado descreve uma câmara de mistura em regime permanente e pressão constante de 138 kPa, onde entra água líquida a
C com vazão mássica
,kg/min e vapor a
C (superaquecido a mesma pressão) com vazão mássica
desconhecida. A mistura sai à mesma pressão e
,°C com vazão
. Há rejeição de calor ao ambiente a
C na taxa de 140 kJ/min. Desprezam-se energias cinética e potencial. Vamos usar balanços de massa, energia (1ª lei) e entropia (2ª lei) para determinar:
a) ; b)
; c) geração de entropia; d) classificação do processo.
a)
Passo 2
Aplicamos o balanço de energia no dispositivo:
Aqui
,kJ/min (calor saindo). Usamos valores aproximados de tabelas a 138 kPa:
– água líquida a C:
,kJ/kg
– vapor superaquecido a C:
,kJ/kg
– mistura subresfriada a C:
,kJ/kg
– água líquida a
– vapor superaquecido a
– mistura subresfriada a
Logo
Passo 3
Resolvendo para
:
Passo 4
Pela conservação de massa em regime permanente,
Passo 5
Agora o balanço de entropia no controle de volume é
Onde
,kJ/min (entropia levada ao ambiente) e
K
K. Valores de tabelas a 138 kPa:
– ,kJ/k
– ,kJ/k
– ,kJ/k
–
–
–
Calculamos cada termo (em kJ/mi
):
Então
Passo 6
Como
, o processo é irreversível, resultado das perdas térmicas finitas e mistura de fluxos distintos.
Resposta
a)
b)
c)
d) Processo irreversível.
b)
c)
d) Processo irreversível.