3- - Uma lista de operações unitárias comuns é apresentada a seguir:
-Trocador de calor
- Bomba
- Compressor de gás
- Turbina a gás
Desenvolva uma forma simplificada, apropriada para cada equipamento, o balanço geral de energia em estado estacionário. Apresente cuidadosamente, e justifique qualquer consideração que você faça.
-Trocador de calor
Passo 1
O enunciado pede para escrever, em cada um dos seguintes equipamentos (trocador de calor, bomba, compressor de gás e turbina a gás), um balanço de energia em regime estacionário, de forma simplificada, justificando as hipóteses adotadas. O conteúdo é termodinâmica aplicada a processos de fluxo contínuo, usando o balanço geral de energia com entalpia, energia cinética e potencial.
Passo 2
Começamos do balanço geral de energia para um sistema em estado estacionário e fluxo único de entrada e saída:
Hipóteses comuns que simplificam esse balanço:
- Regime estacionário (
). - Queda desprezível de energia cinética (
). - Queda desprezível de energia potencial (
). - Possível nulidade de calor trocado (
) ou de trabalho de eixo ( ), conforme o equipamento.
Passo 3
Trocador de calor
– Não há trabalho de eixo ( ).
– Geralmente desprezam-se e
.
Logo
– Não há trabalho de eixo (
– Geralmente desprezam-se
Logo
Se for trocador de duplo fluxo, escrevemos para cada fluxo “quente” e “frio”:
Passo 4
Bomba
– Geralmente opera quase adiabática ( ).
– Trabalho de eixo .
– Líquido incompressível: .
Desprezando e
, o balanço dá
– Geralmente opera quase adiabática (
– Trabalho de eixo
– Líquido incompressível:
Desprezando
Passo 5
Compressor de gás
– Geralmente adiabático ( ).
– Trabalho de eixo .
– Despreza-se e
.
– Geralmente adiabático (
– Trabalho de eixo
– Despreza-se
Em regime isentrópico ideal, usar
.
Passo 6
Turbina a gás
– Admitimos processo adiabático ( ).
– Despreza-se e
.
O trabalho de saída (feito pelo fluido) é
– Admitimos processo adiabático (
– Despreza-se
O trabalho de saída (feito pelo fluido) é
Para turbina isentrópica ideal,
.
Resposta
Trocador de calor
Bomba
Compressor de gás
Turbina a gás