Ar é comprimido em regime permanente por um compressor de 5 kW de 100 kPa e 17^circ C até 600 kPa e 167^circ C a uma vazão de 1,6 kg / min. Durante esse processo, ocorre transferência de calor entre o compressor e a vizinhança a 17^circ C. Determine: (a) a taxa de variação de entropia do ar durante esse processo; (b) a taxa de geração de entropia.

Passo 1

Beleza, aqui a gente tem um compressor em regime estacionário, comprimindo ar de 100 kPa e 17 °C até 600 kPa e 167 °C, com trabalho de 5 kW e vazão de 1,6 kg/min. O que vamos usar:
  • 1º princípio (balanço de energia no regime estacionário)
  • 2º princípio (equação da variação de entropia e geração de entropia)
  • modelo de gás ideal com calor específico constante (cp e R do ar)

Passo 2

Primeiro convertemos a vazão mássica pra kg/s:
dot m = 1,6;kgmin = 1,660;kgs = 0,026667;kg/s

Passo 3

Pra achar a variação de entropia do ar usamos a fórmula para gás ideal de cp constante:
De
Onde:
  • De
  • Para o ar: e .
Calculando:

Passo 4

A taxa de variação de entropia do ar é
dot Sar = dot m,De

Passo 5

Agora o 1º princípio (sem variação de energia cinética e potencial) dá
dot Q + dot W + dot m(h1) = dot m(h2) ;Longrightarrow; dot Q = dot m(h2 - h1) - dot W
E como dot m(h2-h1) = 0,026667times150,75 = 4,019;kW, ,
dot Q = 4,019;kW - 5,000;kW = -0,981;kW

Passo 6

Pelo 2º princípio, num CV em regime:
dot S>=n = dot m(s2 - s1) - dot QT0,
onde o entorno tá a -dot QT0 = --0,981;kW290; K = +0,003381;kW/K = 3,381;W/K .
dot S>=n = (-2,53) + 3,381 = 0,851;W/K (aprox 0,85;W/K)
Então

Resposta

(a)
(b)

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