3- O vapor saturado de amônia a 300 kPa é comprimido em um compressor adiabático até a pressão de 1500 kPa e temperatura de 140^{\circ} \mathrm{C}. Admita regime permanente e determine o trabalho específco de compressão, a geração de entropia por quilo grama de amônia comprimida e a efciência isotrópica.

Passo 1

O enunciado trata de vapor saturado de amônia em regime permanente, comprimido adiabaticamente de P_{1}=300\\ \text{kPa} (estado 1) até P_{2}=1500\\ \text{kPa} e T_{2}=140^\circ\mathrm{C} (estado 2). Precisaremos de tabelas de propriedades da amônia para encontrar entalpia h e entropia s em cada estado, além de calcular o estado isentrópico 2s a P_{2} e s_{2s}=s_{1}. Com isso determinaremos:
  1. Trabalho específico de compressão w = h_{2}-h_{1}.
  2. Geração de entropia por quilograma s_{\mathrm{gen}} = s_{2}-s_{1}.
  3. Eficiência isotrópica \eta_{\mathrm{is}} = \dfrac{h_{2s}-h_{1}}{h_{2}-h_{1}}.

Passo 2

Determine as propriedades no estado 1 (saturado vapor a 300\\ \text{kPa}):
Pela tabela de amônia saturada, em P_{1}=300\\ \text{kPa} temos
T_{\mathrm{sat},1} = -13{,}3^\circ\mathrm{C},\quad h_{1}=1527{,}2\\ \mathrm{kJ/kg},\quad s_{1}=5{,}182\\ \mathrm{kJ/(kg\;K)}.

Passo 3

Determine as propriedades no estado 2 (superaquecido a P_{2}=1500\\ \text{kPa}, T_{2}=140^\circ\mathrm{C}):
Pela tabela de amônia superaquecida, em 1500\\ \text{kPa} e 140^\circ\mathrm{C} encontra-se
h_{2}=1588{,}9\\ \mathrm{kJ/kg},\quad s_{2}=5{,}442\\ \mathrm{kJ/(kg\;K)}.

Passo 4

Cálculo do trabalho específico de compressão (entrada de trabalho, sinal positivo):
w = h_{2} - h_{1} =1588{,}9 - 1527{,}2 =61{,}7\\ \mathrm{kJ/kg}.

Passo 5

Cálculo da geração de entropia por quilo de amônia (admissão adiabática, logo s_{\mathrm{gen}}=s_{2}-s_{1}):
s_{\mathrm{gen}} = s_{2} - s_{1} =5{,}442 - 5{,}182 =0{,}260\\ \mathrm{kJ/(kg\;K)}.

Passo 6

Cálculo do estado isentrópico 2s:
Para um processo isentrópico de 1→2s em P_{2}=1500\\ \text{kPa} com s_{2s}=s_{1}=5{,}182\\ \mathrm{kJ/(kg\;K)}, a tabela de superaquecido dá
h_{2s}=1568{,}7\\ \mathrm{kJ/kg}.
Logo o trabalho isentrópico é
w_{s}=h_{2s}-h_{1} =1568{,}7-1527{,}2 =41{,}5\\ \mathrm{kJ/kg}.
E a eficiência isotrópica do compressor é
\eta_{\mathrm{is}} =\frac{w_{s}}{w} =\frac{41{,}5}{61{,}7} =0{,}673\quad(67{,}3\%).

Resposta

Trabalho específico de compressão: w=61{,}7\\ \mathrm{kJ/kg}
Geração de entropia: s_{\mathrm{gen}}=0{,}260\\ \mathrm{kJ/(kg\;K)}
Eficiência isotrópica: \eta_{\mathrm{is}}=67{,}3\%

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