A água líquida a
, é aquecida numa câmara, misturando-o com vapor superaquecido a 200 kPa e
. A água líquida entra na câmara de mistura a uma taxa de
, e a câmara é estimada a perder calor para a vizinhança a
a uma taxa de
. Se a mistura deixa a câmara de mistura a 200 kPa e
, 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)
Conteúdo: balanço de energia em estado estacionário (1ª lei) e balanço de exergia (potencial de trabalho desperdiçado).
Vamos precisar:
– valores de entalpia
– para exergia, entropias
Passo 2
- Estados e propriedades (da Tabela de vapor superaquecido e líquido comprimido):
– Corrente 1 (água líquida, 20 °C, 200 kPa):
– 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):
- Taxa de calor perdida:
Passo 3
Balanço de energia (1ª lei, sem trabalho de eixo, estado estacionário):
Substituindo
e isolando
:
Passo 4
Agora vamos achar a exergia destruída (potencial de trabalho desperdiçado).
- Definição de exergia específica em cada corrente:
com
na água saturada a
:
- Calculamos
:
- Exergia de calor perdido (energia térmica que sai a (T_{\rm fonte}\approx333,K):
- Balanço de exergia em regime estacionário (sem trabalho útil de saída):
Substituindo número e sinais:
Resposta
a) Taxa de massa do vapor superaquecido:
b) Potencial de trabalho desperdiçado (exergia destruída):
b) Potencial de trabalho desperdiçado (exergia destruída):