Termodinamica-I-Entropia-e-Segunda-Lei-da-Termodinamica

UPMEE Termodinâmica I Profa Dra Miriam Tvrzská de Gouvêa 55 Universidade Presbiteriana Mackenzie Escola de Engenharia Cursos de Engenharia Química e de Engenharia de Materiais Componente curricular Termodinâmica I turmas 5S 6C Referência Koretsky 2007 capítulo 2 itens 25 28 Smith Van Ness Abbot 2007 capítulo 5 itens 57 a 59 Çengel Boles 2013 capítulo 5 itens 51 a 54 Die energie der Welt ist konstant Die entropie der Welt strebt einem maximum zu Rudolf Clausius 1865 ETHZürich Para qualquer processo reversível a entropia do universo permanece inalterada enquanto para qualquer processo irreversível a entropia do universo aumenta Koretsky p 104 Entropia não é uma grandeza conservativa mas podese escrever uma equação de Balanço de Entropia 2ª Lei da Termodinâmica 2ª Lei da Termodinâmica 0 universo sis viz dS dS dS dt dt dt UPMEE Termodinâmica I Profa Dra Miriam Tvrzská de Gouvêa 56 Fonte Koretsky 2007 p 111 0 ˆ g g viz VC S S T Q ms dt dS ou 0 g g viz VC S S T Q ns dt dS Em estado estacionário e para um volume de controle adiabático ˆ 0 ms ou seja Ou a variação da entropia é constante o que corresponde aos processos reversíveis Ou há um aumento da entropia nas correntes de saída em relação às correntes de entrada nos processos irreversíveis Os processos possíveis podem ser reversíveis ou irreversíveis Para os primeiros a geração de entropia é nula e para os últimos é positiva A máxima eficiência de um processo ocorre na condição de reversibilidade Para os processos impossíveis ie que não ocorrem na natureza para os estados especificados ao se aplicado o balanço de entropia a geração de entropia é negativa A alteração da especificação dos estados pode transformar o processo em possível Eficiência isentrópica Turbinas real rev W W Compressoresbombas rev real W W O trabalho reversível nas equações da eficiência isentrópica é obtido do equacionamento do balanço de energia com o estado de saída da máquina obtido de um balanço de entropia sem geração de entropia A pressão na saída da máquina ideal é idêntica ao da máquina real Salientase que apesar do nome da eficiência isentrópica evocar um processo isentrópico atualmente não se considera no equacionamento que a operação da máquina ideal seja adiabática Trabalho perdido TvizSg Exercício 01 exercício 317 de Koretsky 2007 Vapor a 8MPa e 500oC flui por uma válvula de estrangulamento e sai a 100kPa Determine a variação de entropia específica para este processo O processo é reversível irreversível ou impossível Resp 199 kJkgK UPMEE Termodinâmica I Profa Dra Miriam Tvrzská de Gouvêa 57 Exercício 02 Exemplo 35 de Koretsky Vapor entra em um bocal horizontal a 300kPa e 700oC a uma velocidade de 20 ms A pressão na saída do bocal é 200 kPa Admitindo que o processo é reversível e adiabático determine a a temperatura de saída b a velocidade de saída Resp 623oC 5875 ms Exercício 03 Exemplo 36 de Koretsky Em um aquecedor de água de contato direto vapor dágua superaquecido a uma pressão de 200 bar à temperatura de 500oC e uma vazão mássica de 10 kgs é levado a um estado de vapor saturado a 100 bar quando misturado com um fluxo de água líquida a 20oC e 100 bar A vazão mássica de água líquida é de 195 kgs Qual é a entropia gerada neste processo Resp 511 kWK UPMEE Termodinâmica I Profa Dra Miriam Tvrzská de Gouvêa 58 Exercício 04 Exercício 326 de Koretsky Uma turbina a vapor em uma pequena usina de energia elétrica é projetada para operar com um fluxo de entrada de 4500 kgh de vapor a 60 bar e 500oC e um fluxo de saída de vapor a 10 bar A taxa de transferência de calor para as vizinhanças é de 6986 kW A temperatura das vizinhanças é de 300K Pedese a A potência máxima que a turbina pode produzir e a temperatura de saída do vapor nesta situação b Se a turbina real tem uma eficiência isentrópica de 665 qual é a potência real produzida Qual é a temperatura real na saída da turbina Resp 200oC 673 kW 4475kW 2802oC UPMEE Termodinâmica I Profa Dra Miriam Tvrzská de Gouvêa 59 Exercício 05 exercício de prova Uma turbina a vapor é alimentada com 16 kgs de vapor a 45 bar e 450oC A perda de calor da turbina para o ambiente é de 50 kW e o ambiente vizinhança se encontra a 303K Sabese que a corrente de saída da turbina encontrase a 1 bar com uma entalpia específica de 2620 kJkg Pedese a A potência da turbina b A eficiência isentrópica da turbina Exercício 06 exercício de prova Em um sistema de refrigeração R410A que tem massa molar de 007258 kgmol é empregado como fluido refrigerante R410 entra no compressor com uma vazão mássica de 60 kgmin como vapor saturado a 5oC Na saída do compressor R410 encontrase a 1800 kPa e 80oC Considere que a carcaça do compressor seja adiabática e que o mesmo opere em regime permanente A temperatura da vizinhança é de 300K Pedese a A potência transferida ao R410A pelo compressor b A eficiência isentrópica do compressor