Os gases quentes de exaustão de um motor a combustão interna devem ser usados para produzir vapor de água saturado a uma pressão de 2 MPa. Os gases de exaustão entram no trocador de calor a 400 °C a uma vazão de 32 kg/min, enquanto a água entra no sistema a 15 °C. O trocador de calor não é bem isolado, e estima-se que 10% do calor liberado pelos gases de exaustão se percam para a vizinhança. Considerando que o fluxo de massa dos gases de exaustão seja 15 vezes maior do que o fluxo de água, determine (a) a temperatura dos gases de exaustão na saída do trocador de calor e (b) a taxa de transferência de calor para a água.

Considere, para os gases de exaustão, um calor específico constante e igual ao do ar.

O calor perdido para as redondezas pode ser dado por

Calculando o fluxo mássico da água:

Substituindo  = :

(b) Obtendo a entalpia da água a 15ºC da tabela A-4 de “líquido-vapor” saturados no livro texto

O valor da entalpia do líquido saturado para a água a 15º C é

Obtendo o valor da entalpia da água a da tabela “líquido-vapor saturados” na página 928:

Calculando a taxe de transferência de calor para a água:

Substituindo , por e por

Portanto, a taxa de transferência de calor para a água é

1. Do enunciado, existe ima perda de 10% para as redondezas, portanto 90% do calor é absorvido pela água. Dessa forma:

Em que é o calor dos gases quentes de exaustão do motor a combustão interna, é o calor perdido para as redondezas e é o calor ganho pela água:

Substituindo

Agora, obtemos a propriedade do calor específico a pressão constante do ar à temperatura de ou da tabela A-2 da página 911.

Calculando o valor do calor específico a pressão constante usando interpolação:

Escrevendo a equação de transferência de calor dos gases de exaustão:

Aqui, é a temperatura de entrada, é a temperatura de saída da água, e é o calor específico a pressão constante

Substituindo: