Enunciado

Um dispositivo êmbolo/cilindro opera de forma cíclica, com vapor d'água como fluido de trabalho, executando as seguintes etapas:

  • O vapor, a 550 k P a e 200 ∘ C , é aquecido a volume constante até uma pressão de 800 k P a .
  • Então, o vapor se expande, reversivelmente e adiabaticamente, até a temperatura inicial de 200 ∘ C .
  • Finalmente, o vapor é comprimido em um processo isotérmico, mecanicamente reversível, até a pressão inicial de 550 k P a .

Qual é a eficiência térmica do ciclo?

Passo 1

Dados, Tabela F.2 vapor superaquecido a 550kPa e 200 degC:

V 1 : = 385.19 ⋅ c m 3 g m U 1 : = 2640.6 ⋅ J g m S 1 : = 7.0108 ⋅ J g m ⋅ K

Etapa 1--2: aquecimento Const.-V a 800 kPa. No volume específico inicial e neste P, a interpolação dá t = 401,74 degC, e

U 2 : = 2963.1 ⋅ J g m S 2 : = 7.5782 ⋅ J g m ⋅ K Q 12 : = U 2 - U 1

Q 12 = 322.5 J g m

Etapa 2--3: Expansão isentrópica para T. inicial

Q 23 = 0 S 3 = S 2 S 3 : = 7.5782 ⋅ J g m ⋅ K

Etapa 3--1: compressão T constante para P. Inicial

T : = 473.15 ⋅ K Q 31 : = T ⋅ ( S 1 - S 3 ) Q 31 = - 268.465 J g m

Para o ciclo, a mudança de energia interna = 0

W cycle  = - Q cycle  = - Q 12 - Q 31 η = - W cycle  Q 12

η : = 1 + Q 31 Q 12 η = 0.1675

Resposta

η = 0.167 5

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