de ar a
e 120 kPa são soprados através de tubos que passam no interior de um grande forno. O ar emerge a
. Calcule a taxa de calor que está sendo cedida pelo forno para aquecer essa quantidade de ar, utilizando:
(b) os dados de
dos constituintes do ar. (
)
(b) os dados de
Passo 1
Beleza, o problema diz que a gente tem um fluxo de ar de 6 m³/h a 100 °C e 120 kPa entrando num forno, e sai a 300 °C. A ideia é descobrir quanta energia (taxa de calor) o forno precisa fornecer pra esquentar esse ar. Isso é termodinâmica básica de fluxo de massa de fluido:
Conteúdo principal:
Conteúdo principal:
- Lei dos gases ideais para achar densidade (ρ) do ar.
- Composição do ar (79% N₂ e 21% O₂ em mols) pra achar o
médio. - Balanço de energia em regime estacionário:
.
Passo 2
Primeiro, vamos achar a vazão mássica
. A gente sabe o fluxo volumétrico
. Convertemos pra
:
Agora, pela lei dos gases ideais a densidade é
onde
-
, -
, -
(massa molar do ar), -
.
Então
E a vazão mássica é
Passo 3
Agora a gente calcula o
médio do ar a partir dos
molares de N₂ e O₂.
-
-
Composição: 79% N₂ e 21% O₂ (em mols). Então
Para usar na fórmula de balanço usamos
em
. Basta dividir pelo
:
Passo 4
Finalmente, o calor fornecido pelo forno é
Calculando:
Se a gente quiser em kJ/h (pra comparar com o resultado dado):
Dependendo de arredondamentos nos
, chega-se a cerca de 1397 kJ/h, como indicado.
Resposta
A taxa de calor fornecida pelo forno é aproximadamente 1397 kJ/h.