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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 89

Um trocador de calor é alimentado com 2   k g / s de amônia líquida a 20   ° C   e   1003   k P a e com 1   k g / s de nitrogênio a 1500   K . Sabendo que o nitrogênio deixa o trocador de calor a 600   K , determine a taxa de transferência de calor no trocador. Calcule, também, o estado da amônia em sua seção de descarga.

Passo 1

Opa, tudo bem? Espero que sim!

Aqui, temos um trocador de calor com amônia líquida e nitrogênio trocando calor mutuamente, logo:

Q ˙ a m ô n i a = Q ˙ n i t r o g e n i o = Q ˙

Queremos descobrir exatamente o valor dessa taxa de transferência.

Analisando o nitrogênio, temos que:

Q ˙ = m ˙ 1 h 1 - h 2

Os valores das entalpias específicas nos estados de entrada e de saída do nitrogênio, podem ser encontrados a partir dos dados fornecidos no enunciado:

Nitrogênio a 1500   K :

h 1 = 1680,7   k J / k g

Nitrogênio a 600   K :

h 2 = 627,24   k J / k g

Como o fluxo de calor mássico do nitrogênio vale:

m 1 = 1   k g / s

Temos:

Q ˙ = 1 1680,7 - 627,24

Q ˙ = 1053,46   k W

Passo 2

O exercício também nos pede para descobrir o estado da amônia na saída do trocador. Para a amônia, temos que:

Q ˙ = m ˙ 2 h 4 - h 3

Temos que m ˙ 2 = 2   k g / s e que h 3 que corresponde à entalpia específica a 20   ° C , vale:

h 3 = 274,3   k J / k g

Logo:

h 4 = Q ˙ m ˙ 2 + h 3

h 4 = 1053,46 2 + 274,3

h 4 = 801,03   k J / k g

Para este valor de entalpia, considerando a pressão de saturação, temos um estado entre líquido saturado e vapor saturado de amônia. Vamos descobrir então o título.

Temos que:

h l = 298,25   k J / k g

h v = 1463,5   k J / k g

Logo:

h 4 = h l + x 4 h v - h l

801,03 = 298,25 + x 4 1463,5 - 298,25

x 4 = 0,431

Temos então amônia com título de x 4 = 0,431 , na seção de descarga.

Resposta

Q ˙ = 1053,46   k W

x 4 = 0,431

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