Amônia entra em um compressor de uma planta industrial de refrigeração a 2 bar,
e uma vazão mássica de 15
, sendo comprimido a 12 bar e
. A transferência de calor ocorre entre o compressor e as vizinhanças a uma taxa de 6 kW . Durante a operação sob regime permanente, os efeitos de energia cinética e potencial são despreziveis. Determine (a) a potência do compressor, em kW, e (b) a taxa de geração de entropia, em kW/K, para um volume de controle que englobe o compressor e as vizinhanças imediatas, com as quais a transferência de calor ocorra a 300 K .
Passo 1
O enunciado descreve um compressor de amônia operando em regime permanente, com entrada em
,
e saída em
,
; a vazão mássica é de
e há troca de calor de
com as vizinhanças. Vamos usar (i) a primeira lei para volume de controle em regime permanente (energia cinética e potencial desprezíveis) para achar a potência do compressor e (ii) a segunda lei (balanceamento de entropia) para achar a taxa de geração de entropia.
Passo 2
Convertemos a vazão e consultamos propriedades da amônia em tabelas superaquecidas/saturadas:
De tabelas de amônia toma-se aproximadamente:
A transferência de calor do compressor para o meio é de
, isto é,
(sistema perde calor).
Passo 3
Aplicando a primeira lei em regime permanente para fluxo aberto, desprezando energia cinética e potencial:
Tomando
positivo quando saindo do volume de controle (trabalho produzido), temos
Como o compressor consome trabalho, a potência de entrada será
.
Passo 4
Substituindo valores:
logo a potência de entrada do compressor é
Passo 5
Para a segunda lei, considerando um volume de controle que exclui o reservatório de calor, o balanço de entropia em regime permanente é
onde
é a temperatura do meio que troca calor a
. Rearranjando,
Calculando:
Resposta
(a) A potência requerida pelo compressor é aproximadamente
.
(b) A taxa de geração de entropia no processo é aproximadamente .
(b) A taxa de geração de entropia no processo é aproximadamente