Exercícios Resolvidos de Reversibilidade e irreversibilidade

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Enunciado

Um refrigerador térmico a 16°C é utilizado como fonte fria de uma bomba de calor. Como fonte quente é utilizada uma vazão de 60 kg/h de água, que entra no equipamento como líquido saturado a 200 kPa e sai do equipamento como vapor saturado. Admitindo que o processo de aquecimento ocorra a pressão constante, determine qual é a potência mínima necessária para operar esta bomba.

Dado: Tabela de saturação da água

Passo 1

Vamos ver os dados do problema:

  • T L = 16 ° C
  • P = 200   k P a
  • Entrada líquido saturado
  • Saída vapor saturado
  • m ˙ = 60   k g / h

A temperatura fria já é um grande dado, basta coloca-la na escala Kelvin. O dado da pressão juntamente com os dados de entrada e saída do equipamento nos fornecem, pela tabela, tanto a temperatura de 120°C quanto h s l = 2202   k J / k g . Assim podemos calcular o Q H que vamos fazer no passo seguinte.

Passo 2

Para calcular o Q H basta vermos quanto de calor foi trocado no equipamento. Esse cálculo é feito multiplicando-se a vazão mássica pela entalpia de evaporação.

Q ˙ = m ˙ ⋅ h s l

Q ˙ = 60 3600 ⋅ 2202 = 36,7   k W

O 3600 apareceu porque passamos de hora para segundo, okay ;)

Passo 3

Agora que temos Q H , T H e T L podemos achar Q L já que a máquina é reversível.

Q L Q H = T L T H

Q ˙ L 36,7 = 16 + 273 120 + 273 = 289 393

Q ˙ L = 36,7 ⋅ 289 393 = 27   k W

Passo 4

Pela primeira lei da termodinâmica vamos ter que:

Q ˙ H = Q ˙ L - W

36,7 = 27 - W ˙

W ˙ = 36,7 - 27 = 9,7   k W

Resposta

W ˙ = 9,7   k W

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