Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 10.Problemas - Ex. 85
Um trocador de calor contra-corrente é utilizado para resfriar ar a e até a temperatura de a partir da transferência de calor para um escoamento de água. A temperatura e a pressão na seção de alimentação de água são, respectivamente, iguais a e . A vazão de água é e a de ar é . Admitindo que este processo pode ser realizado reversivelmente, através de motores térmicos reversíveis, determine a temperatura de saída da água e a potência realizada pelas máquinas térmicas.
Passo 1
Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.
Aqui temos um processo de troca de calor. Vamos enumerar as seções e descobrir os seus estados termodinâmicos para encontrar a eficiência baseada na segunda lei desse processo.
A seção representa a alimentação de ar a e . A seção corresponde à descarga de ar a . Chamaremos de seção a alimentação de água a e de seção a descarga de água. Um dos questionamentos da questão é justamente o valor da temperatura de saída d’água.
Feitas essas considerações, vamos agora descobrir, a partir das tabelas, as propriedades relacionadas a cada seção.
Em , temos que:
Em , temos:
Para 3, teremos que:
Passo 2
Uma forma de obter dados da seção de saída da água (seção ) [e utilizando a equação de balanço de energia:
Temos que:
Sabemos que , portanto:
Considerando o processo como isobárico, temos que:
Portanto, analisando as tabelas termodinâmicas para a água, temos que para um valor de e :
Podemos descobrir a entalpia específica deste estado:
Para estes valores de propriedades, temos a seguinte temperatura:
Passo 3
Sabendo todos esses valores fica simples encontrar a potência relacionada ao processo de troca. Temos que:
Esta é a potência realizada pelas máquinas térmicas neste processo de troca de calor.