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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 95

Gás argônio flui em regime permanente para um aquecedor de pressão constante a 300 K e 100 kPa, a um fluxo de massa de 6,24 kg/s. A transferência de calor na taxa de 150 kW é fornecida para o argônio à medida que flui pelo aquecedor. (a) Determine a temperatura do argônio na saída do aquecedor, em °C. (b)Determine a vazão volumétrica de argônio na saída do aquecedor, em m³/s

Passo 1

Vamos começar com os dados da questão:

Pressão de entrada do Argônio: P 1 = 100   k P a

Pressão de entrada do Argônio: T 1 = 300   K

Fluxo mássico do Argônio m ˙ A r g ô n i o = 6,24   k g / s

Taxa de transferência de calor para o Argônio: Q ˙ e n t r a d a = 150   k W

Passo 2

  1. Começamos com o balanço de energia para conservação energética:

E ˙ e n t r a d a = E ˙ s a í d a  

Q ˙ + m ˙ e n t r a d a h e n t r a d a = m ˙ s a í d a h s a í d a

Sabemos que a equação da entalía é dada por:

h = C p T

Portanto:

Q ˙ + m ˙ A r g ô n i o C p T 1 = m ˙ A r g ô n i o C p T 2 Q ˙ = m ˙ A r g ô n i o C p T 2 - T 1   ( 1 )

Passo 3

Das propriedades dos gases ideais para o Argônio da tabela A-2 da página 909:

R = 0,2801   k J / k g . K C p = 0,5203   k J / k g º C

Substituindo esses valores na equação ( 1 ) :

150 = 6,24 × 0,5203 × T 2 - 300 T 2 - 300 = 46,2 T 2 = 46,2 + 300 T 2 = 346,2   º C

Dessa forma, a temperatura de saída dp Argônio é T 2 = 346,2 º   C

Passo 4

(b)Da equação dos gases ideais:

P v = R T

Temos que:

v 2 = R T 2 P 2 v 2 = 0,2081 × 346,2 100 v 2 = 0,7204   m 3 / k g

O fluxo mássico do Argônio é m ˙ = V 2 ˙ v 2 . Portanto:

V 2 ˙ = m ˙ v 2   V 2 ˙ = 6,24 × 0,7204 V 2 ˙ = 4,5   m 3 / s

Resposta

a ) T 2 = 346,2 º   C b ) V 2 ˙ = 4,5   m 3 / s

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