Água líquida alimenta uma caldeira a 24^circ C e 10 bar, sendo convertida em vapor saturado a pressão constante.
Use as tabelas de vapor para calcular De para este processo e calcule então o calor necessário para produzir 15.800 m^3 / h de vapor nas condições da saída. Admita que a variação da energia cinética do vapor é desprezível e que o vapor é descarregado através de uma tubulação de 15 cm de diâmetro interno. R: De e dotQ=6,04 cdot 10^4 kW.

Passo 1

Vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos água líquida entrando em uma caldeira a uma temperatura de 24^circ C e uma pressão de 10 bar. Nessa caldeira, a água é convertida em vapor saturado mantendo a pressão constante. Precisamos calcular a variação da entalpia ( De) desse processo e, em seguida, determinar o calor necessário para produzir um fluxo de vapor de 15.800 m^3 / h. Para isso, vamos usar as tabelas de vapor, que nos fornecem propriedades termodinâmicas da água e do vapor em diferentes condições.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a variação da entalpia ( De) para a conversão da água líquida em vapor saturado a 10 bar. A entalpia é uma medida de energia e, nesse caso, representa a energia necessária para transformar a água em vapor.
Consultando as tabelas de vapor para 10 bar:
  • Entalpia da água líquida ( hf): aproximadamente 670,5 kJ/kg
  • Entalpia do vapor saturado ( hg): aproximadamente 3346,1 kJ/kg
A variação da entalpia é dada por:
De
Substituindo os valores:
De

Passo 3

Agora, precisamos calcular o calor necessário para produzir 15.800 m^3 / h de vapor. Primeiro, vamos converter o fluxo volumétrico em fluxo de massa, usando a densidade do vapor saturado a 10 bar.
Consultando as tabelas de vapor para 10 bar, a densidade do vapor saturado ( rhog) é aproximadamente 5,62 kg/m^3.
Calculamos o fluxo de massa ( dotm) da seguinte forma:
dotm = rhog times dotV
Onde:
  • dotV = 15.800 m^3/h
Convertendo para kg/h:
dotm = 5,62 kg/m^3 times 15.800 m^3/h = 88.796 kg/h

Passo 4

Agora, vamos calcular o calor necessário ( dotQ) usando a variação da entalpia que calculamos anteriormente:
dotQ = dotm times De
Substituindo os valores:
dotQ = 88.796 kg/h times 2675,6 kJ/kg = 237.632.697,6 kJ/h
Convertendo para kW (já que 1 kW = 3.6 times 10^3 kJ/h):
dotQ = 237.632.697,6 kJ/h3.6 times 10^3 kJ/h cdot kW^-1 approx 6,04 times 10^4 kW

Resposta

A variação da entalpia é De e o calor necessário para produzir 15.800 m^3 / h de vapor é dotQ=6,04 cdot 10^4 kW.

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