Água estocada em um grande e bem isolado tanque de estocagem a
e pressão atmosférica está sendo bombeada em estado estacionário deste tanque por uma bomba a uma taxa de
. O motor que move a bomba transfere para o fluido
. A água é usada como refrigerante e passa por um trocador de calor, onde 255 kW de energia são transferidos para ela. A água aquecida então flui para um segundo tanque, aberto para a atmosfera, o qual está a 25 m acima do primeiro tanque. Determine a temperatura final da água que chega ao segundo tanque.
Passo 1
O enunciado descreve água estocada a
e pressão atmosférica que é bombeada (em regime estacionário) a
. A bomba fornece ao fluido
, depois a água recebe
num trocador e, enfim, sobe
até um segundo tanque aberto. O conteúdo é balanço de energia em sistema aberto (equação de energia de primeira lei para escoamento estacionário), onde consideramos desprezível a variação de energia cinética.
Passo 2
Calcular a vazão mássica
.
A densidade da água vale aproximadamente e a vazão volumétrica é
A densidade da água vale aproximadamente
Logo
Passo 3
Escrever o balanço de energia estacionário por unidade de tempo:
Como a água está à mesma pressão de atmosfera nos dois tanques e a velocidade não muda muito, tomamos
com
, e
. O termo de potencial vale
portanto
Passo 4
Isolar a variação de temperatura
. Da equação temos
Substituindo números (todos em Watts ou Joules por segundo):
logo
Como
, então
Resposta
A água chega ao segundo tanque com temperatura aproximadamente
.