Quatro quilogramas de uma mistura bifásica líquido-vapor de água, inicialmente a
, e
, 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 =
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.
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
Conteúdo envolvido: análise de exergia (exergy) de sistema fechado, uso de tabelas de vapor (propriedades
O que vamos precisar:
• Determinar o estado inicial (
• Extrair de tabelas as propriedades
• 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:
-
Estado 1 (mix bifásico a 300 °C,
): -
= -
-
-
-
-
Estado 2 (vapor saturado, mesmo volume específico
): - Procuramos na tabela de vapor um
; isso dá saturado a cerca de 100 °C (1 bar). - Então
-
-
- Procuramos na tabela de vapor um
Estado de referência (ambiente):
-
, - Adotamos propriedades da água saturada líquida a 300 K:
,
Passo 3
Calcular exergia específica em cada estado:
Para o estado 1:
Para o estado 2:
Logo, variação de exergia do sistema:
Passo 4
Balanço de energia (1ª lei) no sistema fechado:
Como é adiabático
,
Balanço de exergia:
• (adiabático)
• (todo trabalho de eixo carrega exergia)
• (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:
• Variação de exergia do sistema:
• Exergia transferida por calor:
• Exergia transferida por trabalho:
• Exergia destruída: