Considere um aquecedor operando em regime permanente que eleva a temperatura de um escoamento de água líquida sem realização de trabalho, sem perdas para o ambiente e com variações de energia cinética e potencial desprezíveis; o ambiente está a
e 1 atm . A vazão mássica é
e entra no aquecedor a
. Na saída o fluxo tem
. O aquecimento ocorre apenas por troca de calor com um reservatório térmico a
. Com esses dados calcule:
- O calor transferido;
- A exergia do calor recebido;
- A exergia ganha pelo escoamento frio:
- A irreversibilidade do aquecedor:
- A eficiência de Segunda Lei.
Passo 1
O enunciado trata de um aquecedor em regime permanente, sem trabalho, sem perdas para o ambiente e com variações cinéticas e potenciais desprezíveis. A água entra a
e sai a
, com vazão mássica
. O único fornecimento de calor vem de um reservatório a
. Vamos usar a Primeira Lei para calcular o calor transferido e a exergia de calor, e a formulação de exergia de escoamento para achar a exergia ganha pela água, de onde vem a irreversibilidade e a eficiência de Segunda Lei.
Passo 2
Calcular o calor transferido
. Para a água líquida consideramos calor específico constante
. Então
onde
e
.
Passo 3
Calcular a exergia associada ao calor recebido do reservatório. A exergia de transferência de calor é
com
e
.
Passo 4
Calcular a exergia ganha pela água, usando a exergia de fluxo:
Para líquido incompressível aproximamos
Logo
Numérico:
Passo 5
A irreversibilidade (exergia destruída) é a diferença entre a exergia de calor recebida e a exergia aproveitada pela água:
Passo 6
A eficiência de Segunda Lei do aquecedor é a razão entre a exergia ganha pelo fluido e a exergia de calor fornecida:
Resposta
Calor transferido:
Exergia do calor recebido:
Exergia ganha pela água:
Irreversibilidade:
Eficiência de Segunda Lei:
Exergia do calor recebido:
Exergia ganha pela água:
Irreversibilidade:
Eficiência de Segunda Lei: