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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 66

Uma caldeira, que opera em regime permanente é alimentada com 0,005   k g / s de nitrogênio líquido a 500   k P a . A caldeira descarrega o nitrogênio como vapor saturado a 500   k P a e alimenta um superaquecedor. Sabendo que todos os processos ocorrem em regime permanente e que o superaquecedor descarrega o nitrogênio a 500   k P a e 275   K , determine as taxas de transferência de calor na caldeira e no superaquecedor.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

Aqui temos duas máquinas, uma caldeira e um aquecedor, e precisamos encontrar as suas taxas de transferência de calor para o processo. Vamos chamar o processo 1 → 2 o relacionado à caldeira e 2 → 3 o relacionado ao superaquecedor.

Como não foi mencionado nenhum dado relacionado a velocidade e altura, devemos desconsiderar as variações de energia cinética e potencial, a transferência de calor especifica necessária é dada por:

q = h 2 - h 1

A taxa de transferência será:

Q ˙ = m ˙ q

Das tabelas de propriedades termodinâmicas, podemos encontrar estas entalpias de cada estado:

Nitrogênio líquido a 500   k P a :

h 1 = - 87,095   k J / k g

Vapor de nitrogênio saturado a 500   k P a :

h 2 = 86,15   k J / k g

Nitrogênio a 500   k P a e 275   K :

h 3 = 284,06   k J / k g

Passo 2

Para o processo 1 → 2 , temos que:

Q ˙ 1 → 2 = m ˙ h 2 - h 1

Q ˙ 1 → 2 = 0,005 86,15 - - 87,095

Q ˙ 1 → 2 = 0,866   k W

Para o processo 2 → 3 , temos que:

Q ˙ 2 → 3 = m ˙ h 3 - h 2

Q ˙ 2 → 3 = 0,005 284,06 - 86,15

Q ˙ 2 → 3 = 0,99   k W

Resposta

Q ˙ 1 → 2 = 0,866   k W

Q ˙ 2 → 3 = 0,99   k W

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