Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 7.Problemas - Ex. 146
Nos tubos de um bem isolado trocador de calor (do tipo casco e tubos), água (cp= 4,18 kJ/kg°C) deve ser aquecida de 20°C a 70 °C a uma vazão de 4,5 kg/s. O calor é fornecido por óleo quente (cp = 2,30 kJ/kg°C), que entra no lado do casco a 170 °C e a uma vazão de 10 kg/s. Desprezando as perdas de calor do trocador de calor, determine (a) a temperatura de saída do óleo e (b) a taxa de geração de entropia no trocador de calor.
Passo 1
Oi pessoal, tudo bem?
Primeiramente vamos assumir que:
1. Existem condições operacionais estáveis.
2. O trocador de calor é bem isolado, de modo que a perda de calor para o o ambiente é insignificante e, portanto, a transferência de calor do fluido quente é igual à transferência de calor para o fluido frio.
3. Alterações nas energias cinética e potencial das correntes de fluido são desprezíveis.
4. As propriedades do fluido são constantes.
Obs: O calor específico para a água e para o óleo são respectivamente 4,18 e 2,3 respectivamente.
Passo 2
Tomamos os tubos água fria como sistema, que é um volume de controle. O balanço de energia para este sistema de fluxo constante pode ser expresso na forma de taxa como:
Então:
Podemos dizer que:
Então, a taxa de transferência de calor para a água fria nesse trocador é:
Passo 3
Letra a) Observando que o ganho de calor pela água é igual à perda de calor pelo óleo, então a temperatura do óleo quente é:
Substituindo os valores, temos:
Letra b) A taxa de geração de entropia no trocador de calor é determinada aplicando a forma da taxa do balanço de entropia em todo o trocador de calor, então:
Então:
Podemos dizer que:
A taxa de geração de entropia é determinada como sendo:
Assim, substituindo os valores, temos:
Resposta
Portanto:
Letra a)
Letra b)