Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 14.Problemas - Ex. 114
Uma torre de resfriamento úmida deve resfriar 40 kg/s de água de 40 °C a 30 °C. O ar atmosférico entra na torre a 1 atm com temperaturas de bulbo seco e úmido de 22 °C e 16 °C, respectivamente, saindo a 32 °C com umidade relativa de 95%. Usando o diagrama psicométrico, determine (a) a vazão volumétrica do ar para a torre de resfriamento e (b) a vazão mássica da água de reposição necessária.
Passo 1
Temos que o balanço de energia pode ser dado da seguinte forma:
Adotando a torre como sistema, temos as seguintes considerações:
- As condições de operação são estáveis, portanto, a taxa mássica de ar seco é constante;
- As variações de energia cinética e potencial são desprezíveis,;
- O resfriamento da torre é adiabático, ;
- Consideremos que o sistema opera em regime permanente, ;
- Consideremos que a torre não está recebendo e nem produzindo nenhum tipo de trabalho, ;
Assim, nosso balanço de energia fica da seguinte forma:
Passo 2
O fluxo de massa de ar é constante, daí ;
O balanço de massa para a água é dado por:
Assim, teremos que nosso balanço da energia ficará da seguinte forma:
Passo 3
Ao analisar o diagrama psicométrico encontrado no final do livro (A-31) ou utilizando algum software, conseguimos retirar os seguintes dados de entrada do ar,
e também, conseguimos retirar os dados para a saída do ar,
Pela tabela de vapor encontrada no final do livro, conseguimos encontrar as entalpias líquidas da água quente e da água fria, assim, temos:
Substituindo no nosso balanço, temos:
Para convertermos para uma vazão volumétrica, basta multiplicar pelo volume específico do ar que entrou na torre, já que a vazão é igual, daí
Passo 4
A vazão mássica da água de reposição é dada pelo nosso balanço de massa como:
Resposta
Assim,
- A vazão volumétrica do ar para a torre é de 23,9 ;
- A vazão mássica para a água de reposição é de 0,57 kg/s.