Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 14.Problemas - Ex. 115
Água a 32 °C deve ser resfriada em uma torre de resfriamento, na qual entra a uma taxa de 4 kg/s. Ar úmido entra nessa torre a 1 atm, 15 °C e 20% de umidade relativa com um fluxo de ar seco de 4,2 kg/s, saindo a 20 °C e 0,014 kg/kg de ar seco. Determine a umidade relativa na qual o ar sai da torre e a temperatura da água na saída.
Passo 1
Temos que o balanço de energia pode ser dado da seguinte forma:
Adotando a torre como sistema, temos as seguintes considerações:
- As condições de operação são estáveis, portanto, a taxa mássica de ar seco é constante;
- As variações de energia cinética e potencial são desprezíveis,;
- O resfriamento da torre é adiabático, ;
- Consideremos que o sistema opera em regime permanente, ;
- Consideremos que a torre não está recebendo e nem produzindo nenhum tipo de trabalho, ;
Assim, nosso balanço de energia fica da seguinte forma:
Passo 2
O fluxo de massa de ar é constante, daí ;
O balanço de massa para a água é dado por:
Assim, teremos que nosso balanço da energia ficará da seguinte forma:
Passo 3
Ao analisar o diagrama psicométrico encontrado no final do livro (A-31) ou utilizando algum software, conseguimos retirar os seguintes dados de entrada do ar,
e também, conseguimos retirar os dados para a saída do ar,
Pela tabela de vapor encontrada no final do livro, conseguimos encontrar a entalpia do líquido quente. Olhando a tabela, vemos a necessidade de uma interpolação, assim:
Assim, pelo balanço de massa, conseguimos encontrar a vazão mássica de reposição de água, assim:
Substituindo no balanço, temos:
Passo 4
Agora, para encontrarmos a temperatura de saída da água, basta encontrar na tabela de vapor a temperatura equivalente e entalpia da saída de água fria, . Analisando a tabela, vemos que precisaremos fazer uma interpolação, assim:
Resposta
Assim, a umidade relativa com que o ar sai da torre é de 100%, e, a temperatura da água na saída é de 23,4 °C.