Enunciado

Repita o Prob. 14–86, considerando uma pressão total do ar correspondente a 95 kPa.

Passo 1

Este é um processo de fluxo constante e, portanto, a vazão mássica do ar seco permanece constante durante todo o processo.

Ar seco e vapor de água são gases ideais.

As mudanças de energia cinética e potencial são insignificantes.

Passo 2

A temperatura do ponto de orvalho da corrente de ar de entrada a 35 ° C é

P v 1 = ϕ 1 P g 1 = ϕ 1 P s a t   à   32 ° C = 3.332   k P a

T d p = T s a t   à   P v = T s a t à   3.332   k P a = 25.8 ° C

Como o ar é resfriado a 20 ° C, abaixo da temperatura do ponto de orvalho, parte da umidade do ar se condensará. A quantidade de umidade no ar diminui devido à desumidificação ( ω 2 < ω 1 ) . Os estados de entrada e saída do ar são completamente especificados e a pressão total é de 95 kPa. Então, as propriedades do ar em ambos os estados são determinadas como:

P a 1 = P 1 - P v 1 = 91.67   k P a

h 1 = 90.01   k J / k g   a r   s e c o

ω 1 = 0.02261   k g   H 2 O / k g   a r   s e c o

v 1 = 0.9549   m 3 / k g   a r   s e c o

E,

P v 2 = 2.339   k P a

h 2 = 59.94   k J / k g   a r   s e c o

ω 2 = 0.0157   k g   H 2 O / k g   a r   s e c o

v 2 = 0.9075   m 3 / k g   a r   s e c o

Temos também,

h w = h f   à   20 ° C = 83.915   k J / k g

E então,

V ˙ 1 = V 1 A 1 = 15.08   m 3 / m i n  

m ˙ a 1 = V ˙ 1 v 1 = 15.79   k g / m i n

Aplicando as equações do balanço de massa de água e balanço de energia na seção combinada de resfriamento e desumidificação (excluindo a água), temos:

Balanço de Massa de Água:

∑ m ˙ w , i = ∑ m ˙ w , e → m ˙ a 1 ω 1 = m ˙ a 2 ω 2 + m ˙ w

m ˙ w = m ˙ a ( ω 1 - ω 2 ) = 0.1090   k g / m i n

Equilíbrio energético:

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 ˙ i h i = Q ˙ s a í d a + ∑ m ˙ e h e

Q ˙ s a í d a   = m ˙ a 1 h 1 - m ˙ a 2 h 2 - m w ˙ h w = 465,7   k J / m i n

Passo 3

Na letra b, observando que o calor perdido pelo ar é ganho pela água de resfriamento, a taxa de fluxo mássico da água de resfriamento é determinada a partir de:

Q ˙ á g u a   d e   r e f r i g e r a ç ã o = m ˙ á g u a   d e   r e f r i g e r a ç ã o Δ h = m ˙ á g u a   d e   r e f r i g e r a ç ã o c p Δ T

m ˙ á g u a   d e   r e f r i g e r a ç ã o = Q ˙ w c p Δ T = 18.57   k g / m i n

Passo 4

E na letra c, a velocidade de saída é determinada a partir da conservação da massa de ar seco;

m ˙ a 1 = m ˙ a 2 → V ˙ 1 v 1 = V ˙ 2 v 2 → V 1 A v 1 = V 2 A v 2

V 2 = v 2 v 1 V 1 = 114   m / m i n

Resposta

  1. Q ˙ s a í d a   = 465,7   k J / m i n
  2. m ˙ á g u a   d e   r e f r i g e r a ç ã o = 18.57   k g / m i n
  3. V 2 = 114   m / m i n
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