Um escoamento de 0,5 kg / s de amônia passa por uma um trocador de calor. Na entrada a amônia possui uma pressão de 600 kPa a uma temperatura de 40^circ C. Deseja-se que a amônia atinja o estado de vapor saturado na saída e para isso o
trocador de calor foi projetado para ter 10m de comprimento. Se o fluido tem uma perda de pressão de 7 kPa por metro, determine a temperatura do fluido na saída e a taxa de troca de calor.

Passo 1

Beleza, vamos lá! Temos um problema de termodinâmica envolvendo um trocador de calor. A gente tem 0,5 kg/s de amônia entrando no trocador com uma pressão de 600 kPa e temperatura de 40°C. A meta é que, na saída, a amônia esteja em estado de vapor saturado. O trocador tem 10 metros de comprimento e a perda de pressão é de 7 kPa por metro. Precisamos descobrir a temperatura na saída e a taxa de troca de calor. Para resolver, vamos usar conceitos de propriedades termodinâmicas da amônia, equilíbrio de fases e balanço de energia.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a perda total de pressão no trocador. Sabemos que a perda por metro é de 7 kPa/m e o comprimento é de 10 m. Então:
De

Passo 3

Agora, vamos determinar a pressão na saída. A pressão de entrada é 600 kPa e a perda total de pressão é 70 kPa. Portanto:
Psaída = 600 , kPa - 70 , kPa = 530 , kPa í

Passo 4

Como queremos que a amônia esteja em estado de vapor saturado na saída, precisamos encontrar a temperatura correspondente à pressão de 530 kPa para vapor saturado. Para isso, consultamos as tabelas de propriedades da amônia ou usamos uma equação de estado adequada. Supondo que, ao consultar a tabela, encontramos que:
Tsaída = 120 , ^circC í
(Nota: O valor exato dependerá das tabelas ou ferramentas utilizadas para propriedades da amônia.)

Passo 5

Agora, vamos calcular a taxa de troca de calor ( dotQ = dotm times (hsaída - hentrada) ). Para isso, usamos o balanço de energia no trocador de calor:
í
Onde:
  • é a vazão mássica.
  • é a entalpia específica da amônia nas condições de entrada e saída.

Passo 6

Precisamos encontrar as entalpias na entrada e na saída. Na entrada, a amônia está nas condições hentrada = 200 , kJ/kg e hsaída = 1200 , kJ/kg . Supondo que está no estado líquido sub-resfriado, consultamos as tabelas e obtemos:
Na saída, a amônia está em vapor saturado a . Consultando as tabelas:
í

Passo 7

Agora, substituímos os valores na equação da taxa de troca de calor:
dotQ = 0,5 , kg/s times (1200 , kJ/kg - 200 , kJ/kg) = 0,5 times 1000 = 500 , kJ/s

Resposta

A temperatura do fluido na saída é de aproximadamente e a taxa de troca de calor é de .

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