QUESTÃO 3. (
pontos) Numa planta industrial um equipamento recebe 500 kW de trabalho de um eixo motor e entrega 480 kW de trabalho útil “para fora”. O calor é dissipado por meio de óleo sintético no interior de uma caixa metálica, todos a
. Este calor é transmitido para o ar da fábrica que se encontra a
. Para esse equipamento:
a) Qual a taxa de geração de entropia dentro do equipamento (em
)?
b) Qual a taxa de geração de entropia, considerando a vizinhança próxima com a temperatura de
?
c) Qual a taxa de variação de entropia em
? Qual a eficiência do equipamento?
d) Como se justifica a diferença nos resultados obtidos em a) e b)?
a) Qual a taxa de geração de entropia dentro do equipamento (em
b) Qual a taxa de geração de entropia, considerando a vizinhança próxima com a temperatura de
c) Qual a taxa de variação de entropia em
d) Como se justifica a diferença nos resultados obtidos em a) e b)?
Passo 1
Resumindo o enunciado, temos um equipamento em regime estacionário que recebe trabalho de eixo
, entrega trabalho útil
e rejeita calor
pelo óleo sintético mantido a
. Esse calor é transferido ao ar ambiente a
. O conteúdo é balanço de energia e balanço de entropia em volume de controle.
Passo 2
Aplicamos o balanço de energia em regime estacionário (nenhuma variação de energia interna, cinética ou potencial):
Logo,
Passo 3
a) Para achar a taxa de geração de entropia dentro do equipamento, usamos o balanço de entropia em regime estacionário:
Aqui só há saída de calor
a
. Logo,
Passo 4
b) Se consideramos a transferência desse calor para o ar a
, a irreversibilidade associada é a geração de entropia desse processo de troca térmica:
Passo 5
c1) A taxa de variação de entropia do equipamento em regime estacionário é nula:
c2) A eficiência térmica (trabalho útil sobre trabalho recebido) é
Passo 6
d) A diferença entre (a) e (b) vem do fato de que em (a) calculamos a geração de entropia internamente, supondo rejeição de calor à mesma temperatura de
. Em (b) avaliamos a irreversibilidade da troca térmica entre superfícies a
e ambiente a
. São gerações de entropia associadas a diferentes partes do sistema e a diferentes referências de temperatura.
Resposta
a)
b)
c)
d) Porque (a) é a geração interna considerando rejeição a , e (b) é a irreversibilidade específica da troca de calor entre
e
.
b)
c)
d) Porque (a) é a geração interna considerando rejeição a