Enunciado

Repita o Prob. 14–78, considerando uma pressão total de 95 kPa para a corrente de ar.

Passo 1

Este é um processo de fluxo constante e, portanto, a vazão mássica do ar seco permanece constante durante todo o processo ( m a 1 ˙ = m a 2 ˙ = m a ˙ ) .

Ar seco e vapor de água são gases ideais.

As mudanças de energia cinética e potencial são insignificantes.

Passo 2

Na letra a, a quantidade de umidade no ar também permanece constante, flui através da seção de aquecimento (ω 1 = ω 2), mas aumenta na seção de umidificação (ω 3> ω 2). Os estados de entrada e saída do ar são completamente especificados e a pressão total é de 95 kPa. As propriedades do ar em vários estados são determinadas como

P v 1 = ϕ 1 P g 1 = ϕ 1 P s a t   à   10 ° C = 0.860   k P a = P v 2

P a 1 = P 1 - P v 1 = 94.14   k P a

v 1 = R a T 1 P a 1 = 0.863   m 3 / k g   a r   s e c o

ω 1 = 0.622   P v 1 P 1 - P v 1 = 0.00568   k g   H 2 O /   k g   a r   s e c o   ( =   ω 2 )

h 1 = c p T 1 + ω 1 h g 1 = 24.36   k J / k g   a r   s e c o

P v 3 = ϕ 3 P g 3 = ϕ 3 P s a t   à   20 ° C = 1.40   k P a

ω 3 = 0.622   P v 3 P 3 - P v 3 = 0.00930   k g   H 2 O /   k g   a r   s e c o

h 3 = c p T 3 + ω 3 h g 3 = 43.80   k J / k g   a r   s e c o

E também, m ˙ a = V ˙ 1 v 1 = 40.6   k g / m i n

Observando que Q = W = 0, o balanço de energia na seção de umidificação, temos:

E ˙ e n t - E ˙ s a í d a   = Δ E ˙ s i s t e m a   = 0 → E ˙ e n t = E ˙ s a í d a

∑ m ˙ e h e = ∑ m ˙ i h i → h 3 = h 2 + h w ( ω 3 - ω 2 )

h 2 = 34.0   k J / k g   a r   s e c o

Assim, na saída da seção de aquecimento, temos ω = 0.00568   k g   H 2 O de ar seco e h 2 = 34.0   k J / k g de ar seco, o que fixa completamente o estado. A temperatura do ar na saída da seção de aquecimento é determinada a partir da definição de entalpia,

h 2 = c p T 2 + ω 2 h g 2 = c p T 2 + ω 2 ( 2500.9 + 1.82 T 2 )

E resolvendo:

T 2 = 19.5 ° C

A umidade relativa neste estado é:

ϕ 2 = P v 2 P g 2 = 37.7 %

Passo 3

Na letra b, taxa de transferência de calor para o ar na seção de aquecimento se torna

Q ˙ e n t = m ˙ a ( h 2 - h 1 ) = 391   k J / m i n

Passo 4

E na letra c, a quantidade de água adicionada ao ar na seção de umidificação é determinada a partir da conservação da equação de massa de água na seção de umidificação:

m ˙ w = m ˙ a ( ω 3 - ω 2 ) = 0.147   k g / m i n

Resposta

  1. T 2 = 19.5 ° C
  2. Q ˙ e n t = 391   k J / m i n
  3. m ˙ w = 0.147   k g / m i n
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