Enunciado

Um superaquecedor é alimentado com 2,5   k g / s de vapor saturado a 2     M P a e descarrega o vapor a 450   ° C   e   2   M P a . O trocador de calor opera em contra corrente e deseja-se que a diferença entre a temperatura de descarga do ar a de entrada de água seja igual a 20   ° C . Sabendo que a temperatura do ar na seção de alimentação do trocador de calor é 1200   K , determine a vazão em massa de ar no superaquecedor.

Passo 1

Opa, tudo bem? Espero que sim!

Aqui temos um processo clássico de troca de calor. Como princípio é só lembrar que o calor que a água dá para o ar é o mesmo que ela recebe, portanto:

Q ˙ á g u a = Q ˙ a r

Sabemos que a taxa de transferência de calor pode ser dada por:

m ˙ á g u a h 4 - h 3 = m ˙ a r h 1 - h 2

Temos que descobrir as entalpias específicas envolvidas no processo para descobrir a relação entre as vazões.

Passo 2

Das tabelas de propriedades termodinâmicas, temos que:

Ar a pressão atmosférica e 1200   K nos dá:

h 1 = 1277,81   k J / k g

Nos foi dito que diferença entre a temperatura de descarga do ar a de entrada de água seja igual a 20   ° C . A água entra como vapor saturado a 2   M P a . Analisando a tabela de propriedades termodinâmicas, esse estado corresponde a uma temperatura de T 3 = 212,42   ° C .

Portanto a temperatura de saída do ar será:

T 2 = 232,42   ° C

Interpolando os valores para esta temperatura à pressão ambiente o ar possui entalpia igual a:

h 2 = 509,1   k J / k g

Para o vapor de água saturado a 2   M P a , temos:

h 3 = 2799,51   k J / k g

E para o vapor de água a 450   ° C e 2   M P a , temos:

h 4 = 3357,48   k J / k g

Passo 3

Podemos então realizar nossos cálculos:

m ˙ a r = m ˙ á g u a h 4 - h 3 h 1 - h 2

m ˙ a r = 2,5 3357,48 - 2799,51 1277,81 - 509,1

A vazão mássica do ar será:

m ˙ a r = 1,815   k g / s

Resposta

m ˙ a r = 1,815   k g / s

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