A água líquida a 200 kPa e 20^circ C, é aquecida numa câmara, misturando-o com vapor superaquecido a 200 kPa e 300^circ C. A água líquida entra na câmara de mistura a uma taxa de 2,5 kg / s, e a câmara é estimada a perder calor para a vizinhança a 25^circ C a uma taxa de 600 kJ / min. Se a mistura deixa a câmara de mistura a 200 kPa e 60^circ C, determinar (a) a taxa de fluxo de massa de vapor superaquecido e (b) a potencial de trabalho desperdiçado durante o processo de mistura. R. 2,65m/s;96,4 kW

Passo 1

O enunciado pede para misturarmos água líquida (200 kPa, 20 °C, 2,5 kg/s) com vapor superaquecido (200 kPa, 300 °C), perdendo-se 600 kJ/min para o ambiente (25 °C). A mistura sai a 200 kPa e 60 °C.
Conteúdo: balanço de energia em estado estacionário (1ª lei) e balanço de exergia (potencial de trabalho desperdiçado).
Vamos precisar:
– valores de entalpia de cada corrente (tabelas de vapor)
– para exergia, entropias e estado‐referência do ambiente ( , na água saturada a 25 °C)

Passo 2

  1. Estados e propriedades (da Tabela de vapor superaquecido e líquido comprimido):
    – Corrente 1 (água líquida, 20 °C, 200 kPa):
    dot Q = 600;kJ/min = 10,0;kJ/s
    – Corrente 2 (vapor superaquecido, 300 °C, 200 kPa):

    – Corrente 3 (mistura, sub‐resfriado a 60 °C, 200 kPa – aproximamos como líquido saturado a 60 °C):
  2. Taxa de calor perdida:

Passo 3

Balanço de energia (1ª lei, sem trabalho de eixo, estado estacionário):
dot m1,h1 ;+;dot m2,h2 ;=; (dot m1+dot m2),h3 ;+;dot Q
Substituindo 2,5cdot83,9;+;dot m2cdot3041 ;=; (2,5+dot m2),251,2 ;+;10 e isolando 209,75 ;+;3041,dot m2 ;=; 628,0 ;+;251,2,dot m2 ;+;10 :
3041,dot m2 - 251,2,dot m2 = 638,0 - 209,75 Longrightarrow dot m2 approx 0,153;kg/s

Passo 4

Agora vamos achar a exergia destruída (potencial de trabalho desperdiçado).
  1. Definição de exergia específica em cada corrente:
psi = (h - h0) - T0,(s - s0),
com h0approx104,83;kJ/kg, s0approx0,3672;kJ/(kg,K) na água saturada a psi1=(83,9-104,83)-298,(0,297-0,3672)approx0,10;kJ/kg, :
psi2=(3041-104,83)-298,(6,73-0,3672)approx1028,4;kJ/kg,
  1. Calculamos psi3=(251,2-104,83)-298,(1,091-0,3672)approx-69,23;kJ/kg :
K para (T0=298,
dot EQ = dot Ql(1 - tfracT0Trm fonter) approx 10,(1 - tfrac298333)approx1,06;kW
dot Ein ;-;dot Eout ;-;dot EQ =dot Erm destr
  1. Exergia de calor perdido (energia térmica que sai a (T_{\rm fonte}\approx333,K):
    dot Erm destr =l(dot m1psi1+dot m2psi2r) -l((dot m1+dot m2)psi3r) -dot EQ
  2. Balanço de exergia em regime estacionário (sem trabalho útil de saída):
dot Erm destr =l[2,5cdot0,10 + 0,153cdot1028,4r] -l[2,653cdot(-69,23)r] -1,06 approx340;kW
Substituindo número e sinais:

Resposta

a) Taxa de massa do vapor superaquecido:
b) Potencial de trabalho desperdiçado (exergia destruída):

Exercícios relacionados