Monóxido de carbono C O entra em um bocal operando em regime permanente a 25   b a r ,   257 ° C e 45   m / s . Na saída do bocal, as condições são 2   b a r ,   57 ° C e 560   m / s , respectivamente. O monóxido de carbono pode ser modelado como um gás ideal.

a) Para um volume de controle envolvendo somente o bocal, determine a quantidade de calor trocado, em k J , e a variação da entropia específica, em k J / K , ambos por k g de monóxido de carbono escoando através do bocal. Que informação adicional seria necessária para a avaliação da taxa de geração de entropia?

b) Avalie a taxa de geração de entropia, em k J / K por k g de monóxido de carbono escoando, para um volume de controle estendido que envolva o bocal e uma parcela de sua vizinhança próxima de modo que a transferência de calor ocorra a uma temperatura ambiente de 27 ° C .

Passo 1

Opa, tudo bem?

Bora resolver essa questão comigo?

Vamos lá!

Começamos o nosso problema obtendo algumas propriedades para o monóxido de carbono ( C O ) nas tabelas do Apêndice A:

M = 44,01   k g / k m o l

R = 8,314   J / m o l ⋅ K

- T 1 = 530   K :

h 1 = 15497   k J / k m o l

s 1 o = 214.460   k J / k m o l ⋅ K

- T 2 = 330   K :

h 2 = 9597   k J / k m o l

s 2 o = 220.5   k J / k m o l ⋅ K

Boa para os cálculos!

Passo 2

Letra a)

Aplicando um balanço de massa no sistema:

m ˙ 2 = m ˙ 1 = m ˙

Aplicando um balanço de taxa de energia:

Q ˙ v c - W ˙ v c + m ˙ h 1 - h 2 + V 1 2 - V 2 2 2 + g z 1 - z 2

Podemos desprezar a variação de energia potencial e o trabalho realizado:

Q ˙ v c m ˙ = h 2 - h 1 + V 2 2 - V 1 2 2

Substituindo os dados:

Q ˙ v c m ˙ = 9597 - 15497 28,01 + 560 2 - 45 2 2

Q ˙ v c m ˙ = - 54,21   k J / k g

Passo 3

Calculando a variação de entropia:

s 2 - s 1 = 1 M s 2 o - s 1 o - R ln ⁡ p 2 p 1

Substituindo os dados:

s 2 - s 1 = 1 28,01 ⋅ 200.5 - 214,46 - 8.314 ⋅ ln ⁡ 2 25

s 2 - s 1 = 0,251   k J / k g ⋅ K

Passo 4

A informação adicional necessária para avaliar a taxa de geração de entropia é T 0 , na qual a transferência de calor ocorre no limite do volume de controle e a taxa de transferência de calor em cada temperatura.

Passo 5

Letra b)

Aplicando a equação de taxa de equilíbrio de entropia:

Q ˙ v c T 0 + m ˙ s 1 - s 2 + σ ˙ v c = 0

Isolando a taxa geração de entropia:

σ ˙ v c = - Q ˙ v c T 0 + m ˙ s 2 - s 1

Substituindo os dados:

σ ˙ v c = - - 54,21 300 + 0,251

σ ˙ v c = 0,0703   k J / k g ⋅ K

E assim a gente finaliza a nossa questão!

Até a próxima!

Resposta

a )   Q ˙ v c m ˙ = - 54,21   k J / k g ;   s 2 - s 1 = 0,251   k J / k g ⋅ K ; T 0

b )   σ ˙ v c = 0,0703   k J / k g ⋅ K

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