Em uma estação de tratamento de efluentes industriais, a água quente descarregada por um processo (a 600 K ) é usada para aquecer um outro fluxo de água mais fria (a 300 K ) antes do descarte. Suponha que, em uma etapa desse processo, 500 J de calor são transferidos irreversivelmente da água quente para a água fria por meio de um trocador de calor simples, sem perdas para o ambiente.
a) Calcule a variação de entropia de cada corpo (o fluxo quente
frio).
b) Qual é a variação de entropia total do sistema?
c) Esse processo está de acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica?
d) Comente a importância da análise da entropia em processos de recuperação energética em sistemas ambientais.
a) Calcule a variação de entropia de cada corpo (o fluxo quente
b) Qual é a variação de entropia total do sistema?
c) Esse processo está de acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica?
d) Comente a importância da análise da entropia em processos de recuperação energética em sistemas ambientais.
Passo 1
O enunciado descreve dois fluxos de água, um quente a
e outro frio a
, que trocam calor de forma irreversível sem perdas para o ambiente. O conteúdo aqui é o cálculo da variação de entropia em cada corpo e do sistema total, usando a definição
para o corpo receptor de calor e
para o corpo que cede calor, e depois verificar a Segunda Lei.
Passo 2
Para o fluxo quente, que cede
de calor a
, temos
Passo 3
Para o fluxo frio, que recebe
de calor a
, temos
Passo 4
A variação total de entropia do sistema é a soma das duas:
Passo 5
Como
, o processo gera entropia e, portanto, está de acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica (processo irreversível permitido).
Analisar entropia em processos de recuperação energética é fundamental para quantificar irreversibilidades, avaliar o potencial de recuperação de calor (exergia), otimizar o projeto de trocadores de calor e reduzir perdas energéticas, contribuindo para maior eficiência e menor impacto ambiental.
Analisar entropia em processos de recuperação energética é fundamental para quantificar irreversibilidades, avaliar o potencial de recuperação de calor (exergia), otimizar o projeto de trocadores de calor e reduzir perdas energéticas, contribuindo para maior eficiência e menor impacto ambiental.
Resposta
(a)
e
(b)
(c) Sim, pois , o que confirma a irreversibilidade e obedece à Segunda Lei.
(d) A análise da entropia permite quantificar irreversibilidades e perdas exergéticas, sendo essencial para otimizar trocadores de calor, recuperar energia e reduzir impactos ambientais.
(b)
(c) Sim, pois
(d) A análise da entropia permite quantificar irreversibilidades e perdas exergéticas, sendo essencial para otimizar trocadores de calor, recuperar energia e reduzir impactos ambientais.