9 Segunda Lei Aplicada a Volumes de Controle

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9. Segunda Lei da Termodinâmica Aplicada a Volumes de Controle 
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Neste capítulo, vamos desenvolver a forma da segunda lei da termodinâmica adequada para a análise de fenômenos com volumes de controle. Para isso, vamos usar um procedimento similar àquele utilizado para obter a primeira lei adequada para a análise de processos em volumes de controle. Discutiremos também várias definições de rendimentos termodinâmicos de processos. 
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Segunda Lei da Termodinâmica para um Volume de Controle 
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Exercício 9.19
Em uma bomba de calor que utiliza R-134a como fluido de trabalho, o R-134a entra no compressor a 150 kPa, − 10 °C , em uma vazão de 0,1 kg/s. No compressor, o R-134a é comprimido em um processo adiabático para 1 MPa. Calcule a potência requerida para o compressor, assumindo que o processo seja reversível. 
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uniforme
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Exercício 9.37
Uma técnica para operar uma turbina a vapor em potência parcial é estrangular o vapor para uma baixa pressão antes que ele entre na turbina, como mostrado na figura. As condições em (1) são 2 MPa e 400°C, e a pressão de descarga da turbina é fixada em 10 kPa. Assumindo que a expansão na turbina é adiabática e reversível, determine:
a. O trabalho específico em condições de potência completa; 
b. A pressão para a qual o vapor tem que ser estrangulado para 80% da potência completa; 
Mostre os processos em um diagrama T–s.
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Exercício 9.37 (6ª. Ed.) (continuação)
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Exercício 9.37 (6ª. Ed.) (continuação)
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Princípio do Aumento da Entropia para um Volume de Controle 
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Exercício 9.45
Um certo processo industrial requer um suprimento estável de vapor saturado a 200 kPa, em uma vazão de 0,5 kg/s. Também é requerido um suprimento estável de ar comprimido a 500 kPa, em uma vazão de 0,1 kg/s. O vapor é expandido em uma turbina para prover a potência necessária para comprimir o ar, e o vapor sai da turbina no estado desejado. O ar entra no compressor nas condições ambientes, 100 kPa, 20°C. Calcule a pressão e a temperatura necessárias na entrada da turbina, assumindo que os processos tanto na turbina como no compressor são reversíveis e adiabáticos.
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Exercício 9.45 (continuação)
Solução. V.C. em cada equipamento. Escoamento permanente. Processos adiabáticos (q = 0) e reversíveis (sgen = 0). 	
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Exercício 9.45 (continuação) 	
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Exercício 9.30
Ar entra em uma turbina a 800 kPa e 1200 K, e se expande em um processo adiabático reversível para 100 kPa. Calcule a temperatura de saída e o trabalho por kg de ar usando:
a. A tabela de gases ideais.
b. Calor específico constante, valor a 300 K.
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Exercício 9.30 (Continuação)
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Exercício 9.114 (6ª. Ed.)
Ar de uma linha a 12 MPa, 15°C, escoa para um tanque rígido de 500 L que inicialmente contém ar em condições ambiente, 100 kPa, 15°C. O processo ocorre rapidamente e é essencialmente adiabático. A válvula é fechada quando a pressão dentro do tanque atinge um valor p2. O tanque eventualmente refrigera para a temperatura ambiente, no instante em que a pressão interior é 5 MPa. Qual é a pressão p2? Qual é a variação líquida de entropia para o processo?
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Exercício 9.114 (6ª. Ed.) (continuação)
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Exercício 9.114 (6ª. Ed.) (continuação)
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Exercício 9.114 (6ª. Ed.) (continuação)
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Eficiência 
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Eficiência (continuação) 
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Exercício 9.141 (6ª. Ed.)
Repita o Problema 9.45 assumindo que a turbina a vapor e o compressor de ar têm, cada um, uma eficiência isentrópica de 80%.
Um certo processo industrial requer um suprimento estável de vapor saturado a 200 kPa, em uma vazão de 0,5 kg/s. Também requerido é um suprimento estável de ar comprimido a 500 kPa, em uma vazão de 0,1 kg/s. O vapor é expandido em uma turbina para prover a potência necessária para comprimir o ar, e o vapor sai da turbina no estado desejado. O ar no compressor encontra-se nas condições ambientes, 100 kPa, 20°C. Calcule a pressão e a temperatura necessárias na entrada da turbina, assumindo que os processos tanto na turbina como no compressor são reversíveis e adiabáticos.
Volume de controle em cada dispositivo. Ambos adiabáticos (q = 0) e dispositivos reais (sgen > 0), dados por hsT e hsC.
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Exercício 9.141 (6ª. Ed.) (continuação) 	
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Exercício 9.141 (6ª. Ed.) (continuação) 	
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Exercício 9.127 (6ª. Ed.)
Uma turbina a gás a ar entrando em pressão de 1200 kPa, e temperatura de 1200 K, tem uma pressão de saída de 200 kPa e uma eficiência isentrópica de 87%. Encontre a temperatura de saída.
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Exercício 9.127 (6ª. Ed.) (continuação)
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Exercício 9.127 (6ª. Ed.) (continuação)
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Exercício 9.151 (6ª. Ed.)
Um compressor de ar refrigerado a água recebe ar a 20 °C, 90 kPa e o comprime a 500 kPa. A eficiência isotérmica é 80% e o compressor real tem a mesma transferência de calor do compressor ideal. Calcule o trabalho específico e a temperatura de saída. 
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Exercício 9.151 (6ª. Ed.) (continuação) 
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