Água a
está sendo estocada em um grande tanque isolado termicamente, que se encontra a pressão atmosférica. Ela é bombeada em estado estacionário deste tanque por uma bomba a uma taxa de
. A bomba fornece ao fluido
. A água passa por um trocador de calor, onde ela perde 1408 kW de calor. A água resfriada é então entregue a um segundo reservatório aberto, o qual se encontra a 20 m acima do primeiro tanque. Determine a temperatura final da água que chega no segundo tanque. (R:
).
Passo 1
O enunciado descreve água a
num tanque aberto à pressão atmosférica, bombeada em regime estacionário com vazão volumétrica de
. A bomba fornece
. Em seguida a água passa por um trocador de calor onde perde
e depois é conduzida a um segundo reservatório aberto situado
acima do primeiro. O objetivo é determinar a temperatura final da água usando a primeira lei da termodinâmica para sistema aberto (balanço de energia) e dados típicos da água líquida (densidade e calor específico).
Passo 2
Calcular a vazão mássica
assumindo densidade constante
:
Passo 3
Aplicar o balanço de energia em regime estacionário para sistema aberto, desprezando variação de energia cinética e interna além da entálpica e potencial gravitacional:
Tomando
,
,
e como a água perde
então
. Substituindo:
Passo 4
Isolando
:
Numericamente, com
e
:
Logo
Passo 5
Para água líquida pode-se usar
com
e referenciar
. Portanto
e a temperatura final é
Resposta
A temperatura da água no segundo reservatório é aproximadamente
.