Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 144
Água fria (cp = 4,18 kJ/kg°C) destinada a um chuveiro entra em um bem isolado trocador de calor de duplo-tubo e parede fina, com escoamento em correntes opostas a 10 °C e a uma vazão de 0,95 kg/s. A água fria é aquecida até 70 °C por água quente (cp =4,19 kJ/kg°C), que entra no trocador a 85 °C a uma vazão de 1,6 kg/s. Determine (a) a taxa de transferência de calor e (b) a taxa de geração de entropia no trocador de calor.
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.
Passo 2
Tomamos os tubos de água fria 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 para a água fria nesse trocador é:
Passo 3
Observando que o ganho de calor pela água fria é igual à perda de calor pela água quente, a temperatura de saída da água quente é determinada:
Substituindo os valores, temos:
Letra b) 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:
Observando que ambas as correntes de fluido são líquidas (substâncias incompressíveis), a taxa de geração de entropia é determinada como sendo:
Assim, substituindo os valores, temos:
Resposta
Portanto:
Letra a)
Letra b)