Aula 9 - Balanço de entropia Sistemas Fechados com comentários

Prévia do material em texto

BALANÇO DE ENTROPIA
BALANÇO DE ENTROPIA SISTEMAS 
FECHADOS
Geração de entropia devido a irreversibilidades
Irreversibilidades presentes no sistema 
Ausência de Irreversibilidades no sistema 
BALANÇO DE ENTROPIA PARA 
VOLUMES DE CONTROLE
Taxa de transferência 
entropia que 
acompanha o fluxo de 
massa
Taxa de transferência 
de entropia
Geração de entropia 
devido as 
irreversibilidades
Regime permanente 1 entrada e 1 saída
BALANÇO DE ENTROPIA PARA 
VOLUMES DE CONTROLE
Turbinas
TURBINA
Exemplo: Vapor d‘água é admitido em uma turbina a uma pressão de 30 bar, a uma
temperatura de 400°C e uma velocidade de 160m/s. Vapor saturado a 100°C é
descarregado a uma velocidade de 100m/s. Em regime permanente, a turbina produz
uma quantidade de trabalho igual a 540 kJ por kg de vapor escoando através da turbina.
Ocorre transferência de calor entre a turbina e sua vizinhança a uma temperatura média
da superfície externa igual a 350K. Determine a taxa de geração de entropia no interior
da turbina por kg de vapor escoando. Despreza a variação da energia potencial entre a
admissão e a descarga.
TURBINA
BOMBA
COMPRESSOR
TROCADOR DE CALOR
Contato direto
TROCADOR DE CALOR
Contato indireto
DISPOSITIVOS DE ESTRANGULAMENTO
BOMBA/COMPRESSOR 
Exemplo: Uma bomba de calor é projetada para fornecimento de ar aquecido para uma residência. Refrigerante 22 é admitido
no compressor a -5°C e 3,5 bar e é comprimido adiabaticamente até 75°C e 14 bar. Do compressor o refrigerante passa através
do condensador, no qual é condensado a líquido a 28°C e 14bar. O refrigerante então é expandido através de uma válvula de
expansão até 3,5 bar. Os estados do refrigerante são mostrados no diagrama T-s. Ar de retorno da residência é admitido no
condensador a 20°C e 1 bar a uma vazão de 0,42 m³/s e é descarregado a 50°C com uma perda de carga desprezível. Utilizando
o modelo de gás ideal para o ar e desprezando os efeitos das energias cinéticas e potencial:
a) Determine as taxas de geração de entropia para volumes de controle envolvendo o condensador, compressor e a válvula
respectivamente
b) B) Discuta as fontes de irreversibilidades nos componentes considerados no item a
BOMBA/COMPRESSOR 
BOMBA/COMPRESSOR 
BOMBA/COMPRESSOR 
BOMBA/COMPRESSOR 
BOMBA/COMPRESSOR 
BOMBA/COMPRESSOR 
EFICIÊNCIA ISOENTRÓPICA
Turbina
✓ Desprezar a transferência de calor com a vizinhança
✓ Desprezar energia cinética;
✓ Desprezar energia potencial.
Balanço de energia
Balanço de entropia
✓ Como σ deve ser >0, logo S2>S1 para processos
adiabáticos
✓ O estado 2s só seria atingindo no limite de ausência de
irreversibilidades internas
EFICIÊNCIA ISENTRÓPICA
Turbina
Máximo de trabalho na turbina
Eficiência isentrópica
o Estado 2s é atingindo na ausência de irreversibilidades internas;
o A entropia do estado 2s é menor que a do estado 2;
o A medida que a entropia diminui, a entalpia também diminui;
o Esse seria o trabalho máximo
EFICIÊNCIA ISENTRÓPICA
Turbina
Uma turbina a vapor opera em regime permanente com condições de entrada 5 bar e 320°C.
Vapor deixa a turbina a pressão de 1 bar. Não ocorre transferência de calor significativa entre a
turbina e a vizinhança, e as variações das energias cinética e potencial entre a admissão e a
descarga podem ser desprezadas. Se a eficiência isentrópica da turbina é de 75%, determine o
trabalho produzido por unidade de massa de vapor na turbina.
EFICIÊNCIA ISENTRÓPICA
Turbina
EFICIÊNCIA ISENTRÓPICA
Bocais
Energia cinética do bocal que seria atingida em uma expansão isentrópica 
Compressores e bombas
O trabalho mínimo seria obtido 
quando o processo fosse isoentrópico
EFICIÊNCIA ISENTRÓPICA
Exemplo: Vapor d’água é admitido é admitido em um bocal que opera em regime permanente a
pressão 140 lbf/in² (965,3 kPa) e T = 600°F (315,6°C) com uma velocidade de 100ft/s. A pressão
e a temperatura na descarga são 40 lbf/in² (275,8 kPa) e 350°F (176,7°C). Não ocorre
transferência de calor significativa entre o bocal e sua vizinhança, e as variações de energia
potencial entre a entrada e saída podem ser desprezadas. Determine a eficiência do bocal.
EFICIÊNCIA ISENTRÓPICA
EFICIÊNCIA ISENTRÓPICA
EFICIÊNCIA ISENTRÓPICA
EFICIÊNCIA ISENTRÓPICA
Exemplo: Para o compressor da bomba de calor representada abaixo determine a potência em
kW e a eficiência isentrópica.
EFICIÊNCIA ISENTRÓPICA
EFICIÊNCIA ISENTRÓPICA