Vapor a 700 bar e 600 ^circ C é retirado de uma linha de vapor e adiabaticamente expandido até 10 bar a uma taxa igual a 2 kg / min. Qual será a temperatura do vapor expandido e qual é a taxa de produção de entropia?

Passo 1

Beleza, joga aí o resumo: a gente tem vapor a 700 bar e 600 °C saindo de uma linha, faz uma expansão adiabática até 10 bar à vazão de 2 kg/min. O que queremos? A temperatura final do vapor e a taxa de produção de entropia.
Conteúdo: termodinâmica de fluxo estacionário, 1ª lei (energia), 2ª lei (entropia) e processo adiabático irreversível (expansão tipo estrangulamento). Vamos precisar de tabelas de vapor para achar entalpia e entropia nos estados 1 e 2.

Passo 2

Teoria da parada: em um estrangulamento (válvula, tripla, etc.) não há trabalho nem calor com o entorno e nem variação de energia cinética/própria, então a entalpia fica constante:
h1 = h2
Como o processo é irreversível e adiabático, a entropia do vapor aumenta, e a produção de entropia por segundo é
dot Srm >=n ;=;dot m,(s2 - s1)>=0

Passo 3

Estado 1: p₁=700 bar, T₁=600 °C → superaquecido. Da tabela de vapor superaquecido achamos, por exemplo:
h1 approx 3650;kJ/kg, s1 approx 6,50;kJ/(kgcdot K)

Passo 4

Estado 2: p₂=10 bar e T2 approx 501,1;^circC kJ/kg.
Na tabela de superaquecido em 10 bar, vamos interpolar entre 500 °C e 510 °C:
  • a 500 °C, kJ/kg
  • a 510 °C, kJ/kg
    Para atingir 3650, precisamos de uns 1,1 °C acima de 500 °C. Logo

Passo 5

Na mesma tabela, em p₂=10 bar e T₂≈501 °C, obtemos
s2 approx 7,49;kJ/(kgcdot K)

Passo 6

Vazão mássica dot Srm >=n = dot m,(s2 - s1) =0,03333;l(7,49 - 6,50r) approx0,033;kJ/(Kcdot s) equiv0,033;kW/K ,kg/min = 0,03333 kg/s. A produção de entropia é

Resposta

Temperatura final e taxa de produção de entropia

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