Lista Exergia

Termodinâmica Aplicada I Prof Pedro Henrique Lista de Exercícios 6 EXERGIA 1 Um quilograma de R134a é comprimida adiabaticamente de um estado de vapor saturado a 10ºC até o estado final em que a pressão é 800kPa e a temperatura é de 50ºC Determine o trabalho e a destruição de Exergia ambos em kJkg Considere o ambiente a 20ºC e 100kPa 2 Conforme mostrado na figura dois quilogramas de água passam por um processo de um estado inicial onde a água está em vapor saturado a 120C a velocidade é de 30 ms e a elevação é de 6 m para um estado final onde a água está em líquido saturado a 10C a velocidade é de 25 ms e a elevação é de 3 m Determine em kJ a a exergia no estado inicial b a exergia no estado final e c a mudança na exergia Considere T₀ 25C p₀ 1 atm e g 98 ms² 3 Um sistema com 1 quilograma de água está inicialmente a 150 kPa e 300C Ele esfria a pressão constante sem irreversibilidades internas até um estado final onde a água está no estado de líquido saturado Determine a o trabalho em kJ b a transferência de calor em kJ c a exergia destruída nesse processo em kJ considerando que a temperatura da fronteira do sistema permaneça sempre constante igual a temperatura ambiente Considere T₀ 20 ºC e p₀ 100 kPa 4 O vapor sai de uma turbina com uma taxa de fluxo de massa de 216 105 kgh a uma pressão de 00075 MPa com um título de 94 e uma velocidade de 70 ms Determine a potência máxima teórica que poderia ser desenvolvida em MW por qualquer volume de controle com uma entrada e uma saída em regime permanente que reduziria o vapor ao estado morto na saída permitindo a transferência de calor apenas na temperatura T₀ Considere T₀ 25 ºC P₀ 100 kPa Para isso precisamos consultar as tabelas termodinâmicas do R134a Precisamos encontrar as entalpias ℎ1 e ℎ2 dos estados inicial e final e as respectivas entropias 𝑠1 e 𝑠2 Para o primeiro estado onde 𝑇𝑠𝑎𝑡 10𝐶 encontramos o respectivo ℎ1 e 𝑠1 que são ℎ𝑣 e 𝑠𝑣 na tabela do vapor saturado ℎ1 3927 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑠1 1733 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 Para o segundo estado encontramos na tabela de vapor superaquecido para 𝑃2 800 𝑘𝑃𝑎 e 𝑇2 50𝐶 ℎ2 4348 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑠2 1776 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 a Primeiro consultamos na tabela do vapor saturado da água a 𝑇𝑠𝑎𝑡 120𝐶 ℎ𝑣120 2706 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑠𝑣120 713 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 Também consultamos os valores de entalpia e entropia para a água a temperatura ambiente 𝑇0 25𝐶 𝑃0 1 𝑎𝑡𝑚 Esses valores encontramos na tabela de água comprimida ℎ0 105 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑠0 03673 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 Os termos 𝑣2 2 e 𝑔𝑧 estão sendo divididos por 1000 para termos como unidade kJ na resposta 𝐸𝑥1 11724484 𝑘𝐽 b Consultamos novamente as entalpias para líquido saturado a 10C ℎ2 4199 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑠2 0151 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 𝐸𝑥2 35786 𝑘𝐽 𝑘𝑔 c a Consultando a tabela termodinâmica para o vapor superaquecido Para 𝑃1 150 𝑘𝑃𝑎 e 𝑇1 300𝐶 ℎ1 3073 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑠1 8027 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 𝑣1 1757 𝑚3 𝑘𝑔 Esfria à pressão constante até o estado de líquido saturado Consultamos a tabela de vapor saturado a 150 𝑘𝑃𝑎 ℎ𝑙 4671 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑠𝑙 1434 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 𝑣𝑙 0001053 𝑚3 𝑘𝑔 Precisamos encontrar a entalpia para 𝑃𝑠𝑎𝑡 75 𝑘𝑃𝑎 e 𝑥 094 𝑥 ℎ ℎ𝑙 ℎ𝑣 ℎ𝑙 Para o vapor saturado a 𝑃𝑠𝑎𝑡 75 𝑘𝑃𝑎 ℎ𝑙 1688 𝑘𝐽 𝑘𝑔 ℎ𝑣 2575 𝑘𝐽 𝑘𝑔 Logo 094 ℎ 1688 2575 1688 ℎ 2430 𝑘𝐽 𝑘𝑔 Também para a entropia 𝑥 𝑠 𝑠𝑙 𝑠𝑣 𝑠𝑙 𝑠𝑙 05763 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 𝑠𝑣 8251 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 094 𝑠 05763 8251 05763 𝑠 7791 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾 Também precisamos da entalpia e entropia do estado morto 𝑃0 100 𝑘𝑃𝑎 e 𝑇0 25𝐶 ℎ0 105 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑠0 03673 𝑘𝐽 𝑘𝑔𝐾