O ar, em condições padrão, entra em um compressor a 75 m/s e sai a uma pressão absoluta de 200 kPa e temperatura de 345 K, e velocidade de 125 m/s. A vazão é de 1 kg/s. A água de refrigeração que circula ao redor da carcaça do compressor remove 18 kJ/kg do ar. Determine a potência requerida pelo compressor. (cp = 1,005 kJ/kg·K)

Questão

O ar, em condições padrão, entra em um compressor a 75 m/s e sai a uma pressão absoluta de 200 kPa e temperatura de 345 K, e velocidade de 125 m/s. A vazão é de 1 kg/s. A água de refrigeração que circula ao redor da carcaça do compressor remove 18 kJ/kg do ar. Determine a potência requerida pelo compressor. (cp = 1,005 kJ/kg·K)

Resposta

W˙in=m˙[cp (T2−T1)+V22−V122 1000−q]\dot W_{in}=\dot m\left[c_p\,(T_2-T_1)+\frac{V_2^2-V_1^2}{2\,1000}-q\right] Assumindo ar em condições padrão na entrada: T1≈288 KT_1\approx 288\,\text{K}.

W˙in=1[1,005(345−288)+1252−7522⋅1000−(−18)] kW\dot W_{in}=1\left[1{,}005(345-288)+\frac{125^2-75^2}{2\cdot 1000}-(-18)\right]\,\text{kW} =[57,285+5,0+18] kW=80,285 kW≈80,3 kW=\left[57{,}285+5{,}0+18\right]\,\text{kW}=80{,}285\,\text{kW}\approx 80{,}3\,\text{kW}

Potência requerida pelo compressor: W˙in≈80,3 kW\boxed{\dot W_{in}\approx 80{,}3\,\text{kW}}.

Explicação

Usamos a equação de energia para escoamento permanente (desprezando variações de energia potencial):

Q˙−W˙s=m˙[(h2−h1)+V22−V122]\dot Q-\dot W_s=\dot m\left[(h_2-h_1)+\frac{V_2^2-V_1^2}{2}\right]

  • Para compressor, o trabalho de eixo é entrada. Adotando W˙in=−W˙s\dot W_{in}= -\dot W_s: W˙in=m˙[(h2−h1)+V22−V122]−Q˙\dot W_{in}=\dot m\left[(h_2-h_1)+\frac{V_2^2-V_1^2}{2}\right]-\dot Q
  • A água de refrigeração remove calor do ar: q=Q˙/m˙=−18 kJ/kgq = \dot Q/\dot m = -18\,\text{kJ/kg}.
  • Para gás ideal com cpc_p constante: h2−h1=cp(T2−T1)h_2-h_1=c_p(T_2-T_1).
  • “Condições padrão” na entrada: T1≈288 KT_1\approx 288\,\text{K}.

Cálculos:

  1. Variação de entalpia: Δh=1,005(345−288)=57,285 kJ/kg\Delta h = 1{,}005(345-288)=57{,}285\,\text{kJ/kg}
  2. Variação de energia cinética (em kJ/kg): Δke=1252−7522 J/kg=100002=5000 J/kg=5,0 kJ/kg\Delta ke = \frac{125^2-75^2}{2}\,\text{J/kg}=\frac{10000}{2}=5000\,\text{J/kg}=5{,}0\,\text{kJ/kg}
  3. Trabalho específico requerido: win=Δh+Δke−q=57,285+5−(−18)=80,285 kJ/kgw_{in}=\Delta h+\Delta ke-q=57{,}285+5-(-18)=80{,}285\,\text{kJ/kg}
  4. Potência (com m˙=1 kg/s\dot m=1\,\text{kg/s}): W˙in=m˙ win=1⋅80,285 kW≈80,3 kW\dot W_{in}=\dot m\,w_{in}=1\cdot 80{,}285\,\text{kW}\approx 80{,}3\,\text{kW}
Carregando…

Questões relacionadas

Ver últimas questões