Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 145
Ar (cp = 1,005 kJ/kg°C) deve ser preaquecido por gases de exaustão quentes em um trocador de calor de escoamento cruzado antes de entrar em um forno. O ar entra no trocador de calor a 95 kPa e 20 °C a uma vazão de 1,6 m³/s. Os gases de combustão (cp = 1,10 kJ/kg°C) entram a 180 °C a uma vazão de 2,2 kg/s, saindo a 95 °C. Determine (a) a taxa de transferência de calor para o ar, (b) a temperatura de saída do ar e (c) a taxa de geração de entropia.
Passo 1
Oi pessoal, tudo bem?
Primeiramente vamos assumir que:
1. Existem condições operacionais estáveis.
2. O trocador de calor é bem isolado, de modo que a perda de calor para o o ambiente é insignificante e, portanto, a transferência de calor do fluido quente é igual à transferência de calor para o fluido frio.
3. Alterações nas energias cinética e potencial das correntes de fluido são desprezíveis.
4. As propriedades do fluido são constantes.
Obs: O calor específico para o ar e na combustão são respectivamente 1,005 e 1,10 respectivamente. E a constante do ar é (Tabela A-1).
Passo 2
Tomamos os tubos de escape como sistema, que é um volume de controle. O balanço de energia para este sistema de fluxo constante pode ser expresso na forma de taxa como:
Então:
Podemos dizer que:
Letra a) Então, a taxa de transferência de calor dos gases é:
Passo 3
Letra b) A vazão mássica do ar é:
Observando que o ganho de calor pelo a é igual à perda de calor pelos gases de escape, a temperatura de saída do ar é:
Substituindo os valores, temos:
Letra c) A taxa de geração de entropia no trocador de calor é determinada aplicando a forma da taxa do balanço de entropia em todo o trocador de calor, então:
Então:
Podemos dizer que:
A taxa de geração de entropia é determinada como sendo:
Assim, substituindo os valores, temos:
Resposta
Portanto:
Letra a)
Letra b)
Letra c)