Questão 3 (3 pontos) Uma válvula de expansão recebe
de amônia a
e está como líquido saturado. Na saída da válvula a amônia está a 98 kPa . Determine:
a) a fase que a amônia se encontra na saída da válvula (temperatura e/ou título).
b) utilizando os conceitos de exergia, qual a irreversibilidade gerada na válvula de expansão?
a) a fase que a amônia se encontra na saída da válvula (temperatura e/ou título).
b) utilizando os conceitos de exergia, qual a irreversibilidade gerada na válvula de expansão?
Passo 1
O enunciado descreve um escoamento estacionário de amônia através de uma válvula de expansão, com massa mássica
. Na entrada a amônia está como líquido saturado a
e na saída a pressão é
.
Conteúdo da matéria: processo de estrangulamento (throttling), determinação de título (qualidade), e cálculo de irreversibilidades (exergia destruída) em componentes. Para resolver vamos precisar de tabelas de propriedades da amônia (enthalpia e entropia
) nos pontos de entrada e saída, e da fórmula de exergia destruída em escoamento sem trabalho nem calor, dada por
Conteúdo da matéria: processo de estrangulamento (throttling), determinação de título (qualidade), e cálculo de irreversibilidades (exergia destruída) em componentes. Para resolver vamos precisar de tabelas de propriedades da amônia (enthalpia
onde
é a temperatura ambiente (vamos tomar
).
Passo 2
No escoamento de estrangulamento vale
.
- Pela tabela de amônia, no ponto de entrada (líquido saturado a
) obtemos
- Logo
Passo 3
Agora, na saída, a pressão é
. Pela tabela de saturado de amônia:
- Temperatura de saturação
. - Entalpia do líquido saturado
e do vapor saturado . - Entropias
e .
Calcule o título
(fração mássica de vapor) pela definição
O fluido na saída é, portanto, uma mistura líquido–vapor à temperatura de saturação
com título
.
Passo 4
Com o título
em mãos, a entropia de saída é
E já temos
do Passo 2. Note que em estrangulamento sempre
.
Passo 5
Agora aplicamos a fórmula da exergia destruída (irreversibilidade) no dispositivo, sem trabalho nem calor trocado:
Basta inserir
,
, e a diferença de entropias obtida acima.
Resposta
a) Na saída a amônia está em mistura líquido–vapor à pressão
, à temperatura de saturação correspondente
, com título
b) A irreversibilidade (exergia destruída) é
com
e
dado por
Num exercício prático, você consulta as tabelas e acha numericamente
e
, resultando em