Uma corrente de óleo a 20 kg / s e 150^circ C é resfriada em um trocador de calor pela passagem de água entrando a 24^circ C e escoa a 2 kg / s. O óleo é resfriado até a temperatura de 40^circ C. O trocador é um casco e tubos, o óleo escoa pelo lado casco e a água escoa pelo interior dos tubos.
a) determine a temperatura de saída da água e seu estado termodinâmico Valor 4,0

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a gente tem aqui. Temos um problema sobre trocador de calor envolvendo óleo e água. O óleo está fluindo a 20 kg/s a 150°C e é resfriado até 40°C. A água entra a 24°C com uma taxa de fluxo de 2 kg/s. O objetivo é descobrir qual será a temperatura de saída da água e em que estado termodinâmico ela estará. Para resolver isso, vamos usar conceitos de transferência de calor e conservação de energia.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor que o óleo está perdendo. Para isso, usamos a fórmula:
Q = m times c times De
Onde:
  • $ Q $ é o calor transferido,
  • $ m $ é a massa,
  • $ c $ é a capacidade calorífica específica,
  • $ \Delta T $ é a variação de temperatura.
Vamos considerar que a capacidade calorífica específica do óleo ($ c_o $) é aproximadamente 2 kJ/kg°C.
Então, o calor perdido pelo óleo é:
Q
m
c
De

Passo 3

Agora, vamos calcular o calor ganho pela água. Usamos a mesma fórmula:
Qw = mw times cw times (Tw,out - Tw,in)
Considerando a capacidade calorífica específica da água ($ c_w $) como 4,18 kJ/kg°C.
Como o calor perdido pelo óleo é igual ao calor ganho pela água ($ Q_o = Q_w $), temos:
cw

Passo 4

Vamos resolver para $ T_{w,out} $:
Tw,out
4400 = 8,36 times (Tw,out - 24)
Tw,out - 24 = 44008,36
Tw,out - 24 approx 527,00

Passo 5

Agora, precisamos verificar o estado termodinâmico da água a essa temperatura. Sabemos que a água ferve a 100°C à pressão atmosférica, então a 551°C, a água certamente estaria no estado gasoso, ou seja, vapor.

Resposta

A temperatura de saída da água é aproximadamente 551°C e ela se encontra no estado gasoso (vapor).

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