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Enunciado

Termodinâmica - Sonntag, R.E. e Borgnakke, C. -Fundamentos da Termodinâmica- Ed: 1º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 109

Um trocador de calor de correntes contrárias (contra corrente) tem uma linha com 2   k g / s   de ar entrando a 125   k P a e 1000   K e saindo a 100   k P a e 400   K . A outra linha tem 0,5   k g / s de água entrando a 200   k P a e 20   ° C e saindo a 200   k P a . Qual é a temperatura de saída da água e a taxa total de geração de entropia?

Passo 1

Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!

Recebemos os seguintes dados para trocador de calor de contracorrente com ar e água:

m a ' = 2 k g s

P 1 a = 125   k P a

T 1 a = 1000   K

P 2 a = 100   k P a

T 2 a = 400   K

m 2 ' = 0,5 k g s

P 1 w = 200   k P a

T 1 w = 20   ° C

P 2 w = 200   k P a

Da tabela de água saturada B.1.1, com valor correspondente a T 1 w = 20   ° C , podemos encontrar a entropia específica do líquido saturado do estágio 1:

s 1 = s f = 0,2966 k J k g   K

E para a tabela B.1.2, com valor correspondente a P 2 w = 200   k P a , podemos encontrar a entropia específica do vapor saturado do estágio 2 e a temperatura de saída:

s 2 = s g = 7,1271 k J k g   K

T 2 = 120,23   ° C

Passo 2

Da tabela de propriedades A.5. podemos encontrar a constante do gás do ar e o calor específico:

R = 0,287 k J k g   K

C p = 1,004 k J k g   K

Calculando a geração de entropia:

Δ S = m 2 ' ∙ s 2 - s 1 + m a ' ∙ C p ∙ ln ⁡ T 2 T 1 - m a ' ∙ R ∙ ln ⁡ P 2 P 1

E com isso, podemos fazer a substituição

Δ S = 0,5 ∙ 7,1271 - 0,2966 + 2 ∙ 1,004 ∙ ln ⁡ 400 1000 - 2 ∙ 0,287 ∙ ln ⁡ 100 125

Logo, temos o seguinte valor

Δ S = 1,7 k W K

Resposta

Δ S = 1,7 k W K

T 2 = 120,23   ° C

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