1. Amônia é admitida por uma válvula como um líquido saturado a 7 bar, a uma vazão mássica de 0,06 kg / min, 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 7 bar com vazão mássica de 0,06 kg/min e passando por uma válvula de estrangulamento até 1 bar. Primeiro vamos calcular a taxa de geração de entropia no estrangulamento (adiabático e sem De<ake, De<ape). Depois, se a válvula for substituída por uma turbina ideal (adiabática, sem De<ake, De<ape), 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 1 (antes do estrangulamento ou turbina): líquido saturado a p1=7,bar. Das tabelas de amônia saturada obtemos
h1 = hf(7 bar) = 493,14 kJ/kg, s1 = sf(7 bar) = 1,735 kJ/(kg,K)
A vazão mássica é
dotm = 0,06 kg/min = 0,0660 kg/s = 0,001 kg/s

Passo 3

Para a válvula (estrangulamento) temos expansão isentrópica de entalpia, logo
h2 = h1 = 493,14 kJ/kg
No estado 2, p2=1,bar, é uma mistura vapor-líquido com
hf(1 bar) = 167,44, hg(1 bar) = 1447,80 kJ/kg
A qualidade x satisfaz
x = h2 - hf(1)hg(1) - hf(1) =493,14 - 167,441447,80 - 167,44 =0,2544
A entropia no estado 2 é
s2 = sf(1) + xl[sg(1)-sf(1)r] =1,607 + 0,2544,(6,066 - 1,607) =2,741 kJ/(kg,K)

Passo 4

No estrangulamento adiabático sem De<ake e De<ape, o balanço de entropia dá
Srm >=n = dot m,(s2 - s1)
Substituindo valores,
Srm >=n =0,001,(2,741 - 1,735) =0,001006 rm kW/K

Passo 5

Para a turbina ideal sob expansão isentrópica de p1=7 bar a p2=1 bar, impomos
s2s = s1 = 1,735 rm kJ/(kg,K)
Em p2=1 bar, usando novamente sf=1,607 e sg=6,066, a qualidade isentrópica é
xs = s2s - sfsg - sf = 1,735 - 1,6076,066 - 1,607 =0,0287,
e a entalpia de saída ideal é
h2s = hf(1) + xsl[hg(1)-hf(1)r] =167,44 + 0,0287,(1447,80 - 167,44) =204,19 rm kJ/kg

Passo 6

A potência máxima teórica da turbina é dada por
dot Wmax = dot m,(h1 - h2s) =0,001,(493,14 - 204,19) =0,28895 rm kW

Resposta

Taxa de geração de entropia no estrangulamento:
Srm >=n = 1,006times10^-3 rm kW/K
Potência máxima teórica da turbina:
dot Wmax = 0,289 rm kW

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