Um compressor de ar de dois estágios operando em regime permanente recebe
de ar a
e 1 bar. O ar passa pelo primeiro estágio do compressor, com eficiência isentrópica de 80%, até uma pressio de 3 bar. Após, o ar é conduzido a um intercooler, que resfria o ar até
, para entăo passar por um novo estágio, com a mesma eficiência isentrópica do anterior, até uma pressão de 9 bar. Cada estágio do compressor perde
da potência consumida na forma de calor, ambos passando por uma fronteira a
. O estado morto está a
e 1 bar, e efeitos de energia cinética e potencial podern ser desprezados.
Determine:
a. A potência consumida total, em hp; ( 5 pts )
b. A taxa de geração de entropia de cada estágio; (15 pts)
c. A soma das exergias associadas ao calor do compressor; [5 pts]
d. A soma das exergias associadas ao trabalho do compressor; ( 5 pts)
e. A soma das exergias associadas ao fluxo do compressor; (10 pts)
f. A soma das exergias destruida do compressor; [10 pts]
b. A taxa de geração de entropia de cada estágio; (15 pts)
c. A soma das exergias associadas ao calor do compressor; [5 pts]
d. A soma das exergias associadas ao trabalho do compressor; ( 5 pts)
e. A soma das exergias associadas ao fluxo do compressor; (10 pts)
f. A soma das exergias destruida do compressor; [10 pts]
Passo 1
O enunciado descreve um compressor de dois estágios operando em regime permanente, recebendo ar ideal a
e
. Cada estágio tem eficiência isentrópica
e perde
da potência como calor para uma fronteira a
. Entre os estágios há intercooler que leva o ar a
. Desprezam-se variações de energia cinética e potencial. Vamos usar as propriedades do ar como gás ideal, com
,
e
, além do balanço de energia e exergia para sistemas ACF.
Passo 2
Calcular a vazão mássica de ar na entrada a
,
,
:
Passo 3
Primeiro estágio:
. Temperatura isentrópica de saída
Temperatura real
Trabalho específico no fluido
potência útil
Potência absorvida
Potência absorvida
calor rejeitado pelo estágio 1
Após o intercooler temos
,
.
Passo 4
Segundo estágio:
.
Passo 5
Potência total consumida
Em hp (
)
Passo 6
Entropia gerada no estágio 1:
Passo 7
Entropia gerada no estágio 2:
Passo 8
Exergia associada aos calores rejeitados (para cada estágio as perdas ocorrem a
):
Passo 9
Exergia associada ao trabalho do compressor (o trabalho é 100% exergia útil):
Passo 10
Exergia de fluxo (do estado de entrada a 1 bar, 293,15 K, até a saída final a 9 bar, 435,8 K):
Passo 11
Exergia destruída nos dois estágios (pela 2.ª lei):
Resposta
a.
b.
c.
d.
e.
f.
b.
c.
d.
e.
f.