Uma corrente de óleo a
e
é resfriada em um trocador de calor pela passagem de água entrando a
e escoa a
. O óleo é resfriado até a temperatura de
. 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
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:
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 $) é aproximadamente 2 kJ/kg°C.
Então, o calor perdido pelo óleo é:
Passo 3
Agora, vamos calcular o calor ganho pela água. Usamos a mesma fórmula:
Considerando a capacidade calorífica específica da água ($ 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:
Passo 4
Vamos resolver para $ T_{w,out} $:
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).