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Segunda Lei da Termodinâmica Aplicada a Volumes de Controle
7.2 O PROCESSO EM REGIME PERMANENTE E O PROCESSO EM REGIME TRANSIENTE
em que os vários fluxos de massa, a taxa de transferência de calor, a taxa de geração de entropia e os estados são todos constantes com o tempo. Consideremos um volume de controle referente a um processo em regime permanente. Se houver apenas uma área através da qual há entrada de massa, a uma taxa uniforme, e apenas uma área pela qual há saída de massa e que também apresenta taxa uniforme, podemos escrever
Consideremos, agora, a aplicação da equação da segunda lei para volumes de controle, Equação 7.2 ou 7.5, aos dois modelos de processos desenvolvidos no Capítulo 4.
Processo em Regime Permanente Para o processo em regime permanente, definido na Seção 4.3, concluímos que a entropia específica, em qualquer ponto do volume de controle, não varia com o tempo. Assim, o primeiro termo da Equação 7.2 é nulo, dSv.c. dt
=0
Q v.c. T
v.c.
+ S ger
v.c.
ss − se + ∑
T
+ S ger
(7.8)
q T
+ sger
(7.9)
Para um processo adiabático, com essas hipóteses, temos que
Desse modo, para o processo em regime permanente, s ss − ∑ m e se = ∑ 0 =∑m
Q v.c.
Dividindo-se pela vazão mássica, resulta
(7.6)
( ss − se ) = ∑ m
ss = se + sger ≥ se
(7.10)
em que a igualdade é válida para um processo adiabático reversível.
(7.7)
EXEMPLO 7.1 O vapor d’água entra em uma turbina a 300 °C, pressão de 1 MPa e com velocidade de 50 m/s. O vapor sai da turbina à pressão de 150 kPa e com uma velocidade de 200 m/s. Determine o trabalho específico realizado pelo vapor que escoa na turbina, admitindo que o processo seja adiabático e reversível.
e
Pe = 1 MPa Te = 300 °C Ve = 50 m/s
Volume de controle: Turbina. Esboço: Figura 7.2. Estado na entrada: Determinado (Figura 7.2). Estado na saída: Ps, Vs conhecidos. Processo: Regime permanente. Modelo: Tabelas de vapor d’água.
T e W s
s
Ps = 150 kPa Vs = 200 m/s s
FIGURA 7.2 Esboço para o Exemplo 7.1.
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