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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 17

17- Um trocador de calor é utilizado para resfriar 3   k g / s de ar com água. O ar entra no trocador a 600   K e é descarregado a 100   ° C . A água disponível para alimentar o trocador de calor está a 100   k P a e 20   ° C . Sabendo que o trocador de calor deve descarregar a água como líquido saturado, determine a vazão em massa de água necessária para a operação

Passo 1

Pela primeira lei temos o seguinte equilíbrio termodinâmico:

m ˙ a r h a r - e n t r a d a + m ˙ a g u a h a g u a - e n t r a d a = m ˙ a r h a r - s a i d a + m ˙ a g u a h a g u a - s a i d a

Em um trocador de calor a vazão massa de uma substância tende a ser a mesma sempre.

Dessa forma:

m ˙ a r h a r - e n t r a d a - h a r - s a i d a = m ˙ a g u a h a g u a - s a i d a - h a g u a - e n t r a d a

Passo 2

Lembrando que o ar está a 600   K ( 327   ° C ) na entrada sai a 100   ° C   ( 373   K )

Na tabela A . 7 temos:

h 600 K = 607.32   k J / k g

h 373 K = 375 k J k g ( p o r   r e g r a   d e   t r e s   d o s   v a l o r e s   m a i s   p r o x i m o s )

Então:

h a r - e n t r a d a - h a r - s a i d a = 232.32   k J / k g

Agora a água entra a 20 ° C   ( 293   K ) a 100   k P a e sai a 100 ° C (limite para a água ser saturada e ainda ser líquida (h de vapor saturado aqui), então pela tabela B . 1.1 :

h a g u a - s a i d a - h a g u a - e n t r a d a = 2676.0 - 83.94 = 2592.06   k J / k g

Passo 3

Então a vazão mássica da água será:

m ˙ a g u a = m ˙ a r h a r - e n t r a d a - h a r - s a i d a h a g u a - s a i d a - h a g u a - e n t r a d a = 3 ⋅ 232.32 2592.06 = 0.27   k g / s

Resposta

0.27   k g / s

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