Exercício de Termodinâmica I 309

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O ciclo do nitrogênio é o ciclo inferior e o ciclo do metano é o ciclo superior.
h2 
202,96 
188,35 
173,88
221,5 
212,7 
203,4
milímetros. n 0,996 1,047 1,093
eu
Q.
O trocador de calor que conecta os ciclos transfere um Q
-qH qL
=
Caso
0,207 
0,219 
0,218
wcn+(m. m/m. n)wcm
A unidade geral então tem
h2 
540,3 
581,1 
629,7
-qH = h2 - h3 ,
.
11.145
ÿ = Q.
a) 
b) 
c)
=> m. milímetros. n = qHn/qLm
Nitrogênio: T4 = T1 = 75 K ÿ h1 = 74,867 kJ/kg, s1 = 5,4609 kJ/kg K N2 T3 h3 a) 120 
-17,605 b) 115 -34,308 
c) 110 -48,446
-qH
540,8 
581,6 
630,2
= m.
= qLn/[-wcn -(m. m/m. n)wcm]
= qHn· m
-wc
128,1 
113,5 
99,0
Ambos padrão. ciclos de refrigeração.
-wc
319,3 
368,9 
426,8
= qLm m
K/W
Um coeficiente máximo. de desempenho está entre os casos b) e c).
446,06 
499,65 
565,49
- (m. nwcn + m. mwcm)
ÿ
220,57 92,47 
222,66 109,18 
222,33 123,31
Q.
.
= Q.
Para cada ciclo temos, -wC = 
h2 - h1 , s2 = s1 ,
Metano: T3 = 180 K ÿ h3 = -0,5 kJ/kg, P2 = 3,28655 MPa CH4 T4 h1 a) 110 221 
b) 105 212,2 c) 100 
202,9
.
s1 
9,548 
9,691 9,851
.
Para um experimento criogênico, o calor deve ser removido de um espaço a 75 K para um 
reservatório a 180 K. Uma bomba de calor é projetada para usar nitrogênio e metano em um 
arranjo em cascata (ver Fig. 11.41), onde a alta temperatura da condensação de nitrogênio está 10 K 
acima da evaporação do metano em baixa temperatura. As outras duas mudanças de fase 
ocorrem nas temperaturas do reservatório listadas. Encontre as temperaturas de 
saturação no trocador de calor entre os dois ciclos que proporcionam o melhor coeficiente de 
desempenho para o sistema como um todo.
P2 
2.5125 
1.9388 
1.4672
C.
Hn
THm = 180 K = T3m , TLN = 75 K = T4N = T1N
Lm
qL = h1 - h4 = h1 - h3
entrar
entrar
TLm = T4m = T1m = T3N - 10, Tentativa e erro em T3N ou TLm.
L 75 K
L 75
eu
n qLn ;
qL
n
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Encontre os fluxos e fluxos de exergia no condensador do Problema 11.32. Use-os para 
determinar a eficiência da segunda lei.
s4 = s3 = 7,5084 = 0,6386 + x4 (7,5261) => x4 = 0,9128
m.
5703
O ganho líquido em exergia da água do oceano é
ÿ
1
Condensador CV: qL = h4 - h1 = 2374,4 - 188,42 = 2186 kJ/kg
273 + 15
.
A eficiência da segunda lei é
1: 45oC, x = 0: h1 = 188,42 kJ/kg, 3: 
3,0 MPa, 600oC: s3 = 7,5084 kJ/kg Turbina K 
CV : wT = h3 - h4 ; s4 = s3
= m.
Na realidade, toda a exergia na água do oceano é destruída à medida que a água a 15°C 
se mistura com a água do oceano a 12°C depois de fluir de volta para o oceano e 
a eficiência não tem qualquer significado. Observe a pequena taxa de exergia em relação 
às grandes taxas de energia sendo transferida.
= 25 [2374,4 – 188,4 – 285 (7,5084 – 0,6386)]
= Q.
) ]
286
= 0,05
A queda líquida na exergia da água é
= 54.650 – 48.947 = 5.703 kW
Para este caso selecionamos To = 12°C = 285 K, a temperatura da água do oceano.
=> h4 = 188,42 + 0,9128 (2394,77) = 2374,4 kJ/kg
/ Cp ÿT = 54 650 / (4,18 × 3) = 4358 kg/s
ÿ
.
.
Q.
4
= 4358 [4,18(15 – 12) – 285 × 4,18 ln] 273 + 12
= 54.650 – 54.364 = 286 kW
.
As propriedades dos estados das Tabelas 
B.1.1 e B.1.3
= m. qL = 25 × 2186 = 54,65 MW = m.
= m. oceano[h6 – h5 – Para(s6 – s5 )]
/ÿ =ÿII = ÿ
água [h4 – h1 – Para(s4 – s1 )]
6
= m. oceano[Cp(T6 – T5 ) – ToCp ln(
11.146
5cb
Conceitos de Disponibilidade ou Exergia
eu
eu
oceano
oceano Cp ÿT
água
oceano
T5
oceano
água
T6
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