Quatro quilogramas de uma mistura bifásica líquido-vapor de água, inicialmente a 300^circ C, e x1=0,5, passam por dois processos diferentes descritos a seguir. Para cada caso, a mistura é levada do estado inicial para um estado de vapor saturado, enquanto o volume permanece constante. Para cada processo, determine a variação de exergia da água, as transferências líquidas de exergia por trabalho e calor e a quantidade de exergia destruída, todas em kJ. Considere T0 = 300 K, p 0=1 bar e ignore os efeitos de movimento e gravidade. Comente sobre a diferença entre os valores de destruição de exergia.
O processo ocorre adiabaticamente pela agitação realizada por um impelidor.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado diz que temos 4 kg de uma mistura líquido-vapor de água a 300 °C com qualidade inicial , e que essa mistura sofre um processo adiabático de agitação por um impelidor (ou seja, e há trabalho de eixo). O volume total se mantém constante até que toda a água vire vapor saturado.
Conteúdo envolvido: análise de exergia (exergy) de sistema fechado, uso de tabelas de vapor (propriedades ), balanço de 1.ª lei para trabalho, definição de exergia física
O que vamos precisar:
• Determinar o estado inicial ( , ) e final (vapor saturado a constante)
• Extrair de tabelas as propriedades nos estados 1 e 2
• Calcular a exergia específica
• Fazer balanço de energia para achar o trabalho de eixo e balanço de exergia para achar a destruição de exergia

Passo 2

Determinar estado 1 e estado 2:
  1. Estado 1 (mix bifásico a 300 °C, ):

    • =
  2. Estado 2 (vapor saturado, mesmo volume específico ):
    • Procuramos na tabela de vapor um ; isso dá saturado a cerca de 100 °C (1 bar).
    • Então
Estado de referência (ambiente):
  • ,
  • Adotamos propriedades da água saturada líquida a 300 K:
    ,

Passo 3

Calcular exergia específica em cada estado:
e = (h - h0) - T0,(s - s0)
Para o estado 1:
e1 = [2175,35 - 417,5] - 300,[4,48 - 0,297]
e1 = 1757,85 - 300cdot4,183 = 1757,85 -1254,9 = 502,95 kJ/kg
Para o estado 2:
e2 = [2675,5 - 417,5] - 300,[7,355 - 0,297]
e2 = 2258 -300cdot7,058 = 2258 -2117,4 = 140,6 kJ/kg
Logo, variação de exergia do sistema:
De

Passo 4

Balanço de energia (1ª lei) no sistema fechado:
De
Como é adiabático Wrm in = De,
De
Balanço de exergia:
(adiabático)
(todo trabalho de eixo carrega exergia)
Logo, exergia destruída:

Resposta

Para o processo adiabático por impelidor (volume constante até vapor saturado), temos:
• Variação de exergia do sistema:
• Exergia transferida por calor:
• Exergia transferida por trabalho:
• Exergia destruída:

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