9a Questão: Em um trocador de calor, vapor d’água saturado a
é resfriado até o estado de líquido saturado por água líquida a
e 100 kPa . A vazão mássica do vapor é de
e a vazão mássica da água líquida é de
. Determine a temperatura final da água líquida após passar pelo trocador de calor, assumindo que não há transferência de calor para o ambiente.
a)
b)
c)
d)
e)
a)
b)
c)
d)
e)
Passo 1
O enunciado dá um trocador de calor onde entra vapor d’água saturado a
com vazão mássica
, e entra água líquida a
e
com vazão mássica
. Pede-se a temperatura final da água líquida, assumindo sistema adiabático. O conteúdo é balanço de energia em trocador de calor.
Passo 2
Precisamos do calor liberado pelo vapor ao condensar e ficar líquido saturado a
. Pelas tabelas de vapor:
- Entalpia do vapor saturado a :
.
- Entalpia do líquido saturado a :
.
Logo, o calor de vaporização a essa temperatura é
- Entalpia do vapor saturado a
- Entalpia do líquido saturado a
Logo, o calor de vaporização a essa temperatura é
Passo 3
O calor liberado pelo vapor por segundo é
Passo 4
Se toda essa energia fosse usada para aquecer a água líquida de
sem mudança de fase, com
, teríamos
e igualando
daria
. Mas como a água está a
, ela alcança a temperatura de saturação
e começa a ferver, não podendo ficar líquida acima dessa temperatura.
Passo 5
Portanto, na prática, a água líquida só pode aquecer até
antes de mudar de fase. Logo, a temperatura final da água líquida é 100^\circ\mathrm{C}.
Resposta
a)