Enunciado

Um trocador de calor é alimentado com 120   k g / h o r a de uma mistura de dióxido de carbono e água a 1600   K e 100   k P a . A fração em massa de água na mistura é 0,25 e a mistura deixa o trocador de calor a 500   K . Determine a taxa de transferência de calor no trocador de calor e a variação de disponibilidade no processo de transferência de calor.

Passo 1

E aí, beleza?

Se ajeita na cadeira, pega o lápis, o caderno e bora resolver esse exercício comigo!

Começamos nosso problema indo até a Tabela A.8 e buscando algumas propriedades para o C O 2 e H 2 O .

Entrada ( 1600   K   e   100   k P a ):

h C O 2 i = 1748,12   k J / k j

s T o C O 2 i = 6,7254   k J / k g ⋅ K

h H 2 O i = 3487,69   k J / k j

s T o H 2 O i = 14,0822   k J / k g ⋅ K

Saída ( 500   K ) :

h C O 2 o = 401,52   k J / k j

s T o C O 2 o = 5,3375   k J / k g ⋅ K

h H 2 O o = 935,12   k J / k j

s T o H 2 O o = 1 1,4644   k J / k g ⋅ K

Passo 2

Determinando a taxa de transferência de calor no trocador de calor.

Aplicando a equação de energia no trocador de calor:

Q ˙ = m ˙ h i - h o = m ˙ ∑ y i ( h i - h o )

Q ˙ = 2 60 ⋅ 0,75 ⋅ 1748,12 - 401,52 + 0,25 ⋅ 3487,69 - 935,12

Q ˙ = 54,94   k W

Passo 3

Seguimos o problema calculando a variação de entropia, então:

s i - s o = ∑ y i ( s T o i - s T o o )

s i - s o = 0,75 ⋅ 6,7254 - 5,3375 + 0,25 ⋅ 14,0822 - 11,9644

s i - s o = 1,6954   k J / k g ⋅ K

Por fim, o problema nos pede a variação de disponibilidade no processo de transferência de calor, então:

Φ ˙ = m ˙ Ψ i - Ψ o = Q ˙ - T o m ˙ ( s i - s o )

Φ ˙ = 54,94 - 298 ⋅ 2 60 ⋅ 1,6954  

Φ ˙ = 38,09   k W

Acabamos, nem foi difícil né?

Até a próxima!

Resposta

Q ˙ = 54,94   k W

Φ ˙ = 38,09   k W

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