Água fria (
), destinada a um chuveiro entra a
com vazão de
em um trocador de calor duplo-tubo bem isolado de parede fina, com escoamento em contracorrente e é aquecida a
por água quente (
р
) a uma vazão de
que entra a
. Determine (a) a taxa de transferência de calor e (b) a taxa de destruição de exergia no trocador de calor. Considere T0=
C. R. 31,3 kW;5,7 kW
Passo 1
Beleza, vamos recortar o problema em pedaços. A questão é de transferência de calor e exergia (segunda lei). Temos:
- Água fria entra a 15 °C a 0,25 kg/s, sai a 45 °C, c = 4,18 kJ/(kg·°C)
- Água quente entra a 100 °C a 3 kg/s, sai a alguma temperatura (que vamos achar), c = 4,19 kJ/(kg·°C)
- T₀ = 25 °C (298,15 K)
O que precisamos:
- A taxa de calor
que o trocador transfere (primeira lei) - A taxa de destruição de exergia
(segunda lei), usando
Passo 2
Calcular a taxa de calor absorvida pela água fria:
Passo 3
A partir dessa mesma
, achamos a temperatura de saída da água quente
, pois
Passo 4
Agora vamos à segunda lei: calcular a entropia gerada no trocador.
Para cada corrente usamos
Para cada corrente usamos
lembrando de usar temperaturas em kelvin.
- Água fria (de 288,15 K a 318,15 K):
- Água quente (de 373,15 K a 370,65 K):
A entropia gerada total é
Passo 5
Finalmente, a destruição de exergia é
Resposta
(a) Taxa de transferência de calor: 31,35 kW
(b) Taxa de destruição de exergia: 5,7 kW
(b) Taxa de destruição de exergia: 5,7 kW