Vapor d’água entra em uma turbina operando em regime permanente a 6   M P a ,   600 ° C e uma vazão mássica de 125   k g / m i n , e sai como vapor saturado a 20   k P a , produzindo potência a uma taxa de 2   M W . Os efeitos das energias cinética e potencial podem ser desprezados. Determine:

a) a taxa de transferência de calor, em k W , para um volume de controle incluindo a turbina e seu conteúdo.

b) a taxa de geração de entropia, em k W / K , para um volume de controle ampliado, incluindo a turbina e uma parcela suficiente da vizinhança, de modo que a transferência de calor ocorra a temperatura ambiente, dada por 27 ° C .

Passo 1

Opa, partiu resolver mais uma questão de termodinâmica?

Vamos lá!

Começamos o nosso problema obtendo alguns dados para o vapor d’água nas tabelas do Apêndice.

- Superaquecido 6   M P a ,   600 ° C :

h 1 = 3568,4   k J / k g

s 1 = 7,1677   k J / k g ⋅ K

- Saturado ( 0,2   b a r ) :

h 2 = h f = 2609,7   k J / k g

s 2 = s g = 7,9085

Bora para os cálculos!

Passo 2

Letra a)

Começamos o nosso problema aplicando um balanço de taxa de energia em nosso sistema:

Q ˙ v c - W ˙ v c + m ˙ h 1 - h 2 = 0

Q ˙ v c = W ˙ v c - m ˙ h 1 - h 2

Substituindo os dados na nossa equação

Q ˙ v c = 2 × 10 3 ⋅ 125 60 ⋅ 3658,4 - 2609,7

Q ˙ v c = - 184,79   k W

Vamos para a letra b!

Passo 3

Letra b)

Aplicando a equação de taxa de equilíbrio de entropia:

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

Isolando a geração de entropia:

σ ˙ v c = m ˙ s 2 - s 1 - Q ˙ v c T v i z

Substituindo os dados:

σ ˙ v c = 125 60 ⋅ 7,9085 - 7,1677 - ( - 184,79 ) 300

σ ˙ v c = 2,159   k W / K

E assim a gente finaliza a nossa questão!

Até mais!

Resposta

a )   Q ˙ v c = - 184,79   k W

b )   σ ˙ v c = 2,159   k W / K

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