Ao atravessar um trocador de calor constituído por uma serpentina horizontal aquecida pelo lado externo por gases a alta temperatura, água saturada a 200 kPa se transforma em vapor a 75 kPa e
. A velocidade de entrada no trocador de calor é de
, já na saída, o vapor escoa
. Determine o calor transferido através da serpentina por unidade de massa de água e os diâmetros da entrada e da saída do trocador.
Passo 1
O enunciado descreve um trocador de calor em regime estacionário onde água entra como líquido saturado a
com velocidade
e sai como vapor sobreaquecido a
,
e
. Vamos usar a primeira lei para sistema aberto (funil de controle):
desprezando trabalho de eixo e variação de energia potencial.
Passo 2
Estado 1 (saturado a
, líquido): das tabelas de vapor saturado
Logo a densidade
Passo 3
Estado 2 (superaquecido a
,
): das tabelas de vapor sobreaquecido
Logo
Passo 4
Calculamos a variação de energia cinética por unidade de massa:
Então o calor transferido por unidade de massa é
Passo 5
Para obter os diâmetros na entrada e na saída, assumimos vazão mássica
. A área de seção reta vale
Assim, na entrada
Na saída
Resposta
O calor transferido por unidade de massa é
e os diâmetros da serpentina são