Vapor de água saturado a 100 kPa entra em um trocador de calor de contracorrente operando em regime permanente e sai a
com uma mudança insignificante na pressão. O ar ambiente a
atm entra em um fluxo separado e sai a
atm. A vazão mássica de ar é 170 vezes a da água.
ar pode ser modelado como um gás ideal com
. Os efeitos das energias cinética e potencial podem ser ignorados. Para um volume de controle ampliado que inclui o trocador de calor e uma porção de sua vizinhança próxima, de modo que a transferência de calor ocorra a uma temperatura ambiente de 275 K , determine a taxa de geração de entropia em kJ/K por kg de água escoando.
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que tá rolando. A gente tem vapor de água saturado a 100 kPa entrando num trocador de calor e saindo líquido a 20 °C (pressão praticamente constante). Do outro lado, ar entra a 275 K e sai a 290 K, com fluxo mássico do ar 170 vezes o da água. Queremos a taxa de geração de entropia (por kg de água) considerando um controle onde todo calor entre os fluídos passa por vizinhança a 275 K.
Conteúdo: balanço de entropia em regime permanente, cálculo de entropia de cada corrente, usando tabela/expressões e a fórmula
quando cabível.
Conteúdo: balanço de entropia em regime permanente, cálculo de entropia de cada corrente, usando tabela/expressões
Passo 2
Teoria rapidinha: em regime permanente, sem troca de calor com o exterior do controle (já incluímos o ambiente internamente), a geração de entropia é dada por
Como tudo será dado “por kg de água”, podemos dividir tudo por
, de modo que
Passo 3
Entropia da água (vapor saturado a 100 kPa):
pela tabela,
pela tabela,
Passo 4
Entropia da água líquida a 20 °C:
como a pressão quase não mudou, tratamos como líquido incompressível. Usamos a referência a 273 K com e
:
como a pressão quase não mudou, tratamos como líquido incompressível. Usamos a referência a 273 K com
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Passo 5
Entropia do ar (gás ideal,
):
Passo 6
Como
, a geração de entropia por kg de água é
Resposta
A taxa de geração de entropia é aproximadamente