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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 62

62 Um trocador de calor duplo tubo é alimentado com 0,25 kg/s de oxigênio a 17°C e 200 kPa e com 0,6 kg/s de nitrogênio a 150 kPa e 500 K. O trocador de calor é bastante longo, opera de modo co-corrente e os dois fluidos deixam o trocador a mesma temperatura. Determine a temperatura de descarga dos fluidos e a taxa de geração de entropia neste processo. Admita que os calores específicos dos fluidos são constantes.

Passo 1

Vamos lá??

Nessa questão vamos usar a equação da energia:

m ˙ O 2 h 1 + m ˙ N 2 h 3 = m ˙ O 2 h 2 + m ˙ N 2 h 4

Da equação da entropia:

S ˙ g e r = m ˙ O 2 s 2 - s 1 + m ˙ N 2 s 4 - s 3

da aproximação:

h = C P T

e também:

s 2 - s 1 = C p ln ⁡ T 2 T 1

ahh.. e não podem faltar as tabelas do final do livro.

Passo 2

Como o calor específico é constante, então vamos pegar o C P do oxigênio e do nitrogênio na tabela A.5:

C P O 2 = 0,922   k J / k g K

C P N 2 = 1,042   k J / k g K

Como ele diz que o trocador é bastante longe, então a temperatura de saída dos dois são iguais:

T 2 = T 4

Colocando tudo na equação da energia:

m ˙ O 2 h 1 + m ˙ N 2 h 3 = m ˙ O 2 h 2 + m ˙ N 2 h 4

m ˙ O 2 C P O 2 T 1 + m ˙ N 2 C P N 2 T 3 = m ˙ O 2 C P O 2 T 2 + m ˙ N 2 C P N 2 T 4

0,25 × 0,922 × 290 + 0,6 × 1,042 × 500 = 0,25 × 0,922 × T 2 + 0,6 × 1,042 × T 2

T 2 = 443,4   K

Passo 3

E calculando a geração de entropia:

S ˙ g e r = m ˙ O 2 s 2 - s 1 + m ˙ N 2 s 4 - s 3

S ˙ g e r = m ˙ O 2 C P O 2 ln ⁡ T 2 T 1 + m ˙ N 2 C P N 2 ln ⁡ T 4 T 3

S ˙ g e r = 0,25 × 0,922 × ln ⁡ 443,4 290 + 0,6 × 1,042 × ln ⁡ 443,4 500

S ˙ g e r = 0,0228   k W / K

Resposta

T 2 = 443,4   K

S ˙ g e r = 0,0228   k W / K

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