6 m^3 / h de ar a 100^circ C e 120 kPa são soprados através de tubos que passam no interior de um grande forno. O ar emerge a 300^circ C. Calcule a taxa de calor que está sendo cedida pelo forno para aquecer essa quantidade de ar, utilizando:
(a) os dados de Cp médio do ar. ( 1 3 8 8 k J / h )

Passo 1

Beleza, o exercício diz que a gente tem um fluxo de ar de 6 m³/h a 100 °C e 120 kPa, que sai do forno a 300 °C. A ideia é descobrir quanta energia (taxa de calor) o forno precisa ceder para aquecer esse ar.
Conteúdo: termodinâmica (troca de calor em fluxo de fluido, entalpia)
O que vamos usar:
  • Equação dos gases ideais para achar a massa de ar por hora
  • Definição de entalpia para fluxo estacionário

Passo 2

Calcular a massa de ar que sai por hora.
Teoria rápida: para gás ideal,
PV = m,R,T
Reescrevendo em termos de densidade ( rho = mV = PR,T ):
rho = 1200,287 times 373 approx 1,121;kg/m^3
Onde:
  • dotm = rho times 6 = 1,121 times 6 approx 6,726;kg/h
  • (constante específica do ar)
Então a densidade do ar é
Como o fluxo volumétrico é , a massa por hora é

Passo 3

Calcular a taxa de calor usando entalpia.
Teoria: para um escoamento contínuo e adiabático em si (mas trocando calor com o forno), a variação de energia é dada por
dotQ = dotm,Cp,De
onde
  • dotQ = 6,726 ;l(kg/hr)times 1,032;l(tfrackJkg·Kr)times 200;K é o calor específico médio do ar (vamos usar , valor tabelado)
Substituindo:

Passo 4

Fazendo a conta:
dotQ approx 6,726 times 1,032 times 200 = 6,726 times 206,4 approx 1,388,0;kJ/h

Resposta

A taxa de calor cedida pelo forno é aproximadamente .

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