- Amônia é admitida por uma válvula como um líquido saturado a 7 bar, a uma vazão mássica de 0,06
, e estrangulado em regime permanente para 1 bar. Determine a taxa de geração de entropia em kW/K. Se a válvula for substituída por uma turbina operando em regime permanente, determine a potência máxima teórica que poderia ser produzida, kW. Para cada caso, despreze a transferência de calor com a vizinhança e as variações de energia cinética e potencial.
Passo 1
O enunciado dá amônia em regime permanente entrando como líquido saturado a
bar com vazão mássica de
kg/min e passando por uma válvula de estrangulamento até
bar. Primeiro vamos calcular a taxa de geração de entropia no estrangulamento (adiabático e sem
ke,
pe). Depois, se a válvula for substituída por uma turbina ideal (adiabática, sem
ke,
pe), vamos achar a potência máxima teórica. Usaremos propriedades termodinâmicas da amônia em tabelas de fluido saturado e os balanços de energia e entropia para escoamento estacionário.
Passo 2
Estado
(antes do estrangulamento ou turbina): líquido saturado a
,bar. Das tabelas de amônia saturada obtemos
A vazão mássica é
Passo 3
Para a válvula (estrangulamento) temos expansão isentrópica de entalpia, logo
No estado
,
,bar, é uma mistura vapor-líquido com
A qualidade
satisfaz
A entropia no estado
é
Passo 4
No estrangulamento adiabático sem
ke e
pe, o balanço de entropia dá
Substituindo valores,
Passo 5
Para a turbina ideal sob expansão isentrópica de
bar a
bar, impomos
Em
bar, usando novamente
e
, a qualidade isentrópica é
e a entalpia de saída ideal é
Passo 6
A potência máxima teórica da turbina é dada por
Resposta
Taxa de geração de entropia no estrangulamento:
Potência máxima teórica da turbina: