Uma corrente de óleo a
e
é resfriada em um trocador de calor pela passagem de água entrando a
e escoa a
. O óleo é resfriado até a temperatura de
. O trocador é um casco e tubos composto de 40 tubos de 25 mm de diâmetro, e o óleo escoa pelo lado casco e a água escoa pelo interior dos tubos.
a) determine a temperatura de saída da água e seu estado termodinâmico Valor
Dados óleo:
Densidade 800:
,
a 1 atm
Dados água:
a 1 atm
Entalpia de vaporização
a) determine a temperatura de saída da água e seu estado termodinâmico Valor
Densidade 800:
Dados água:
Entalpia de vaporização
Passo 1
O enunciado dá uma corrente de óleo (30 kg/s) que entra a 150 °C e sai a 40 °C, resfriada por água (3 kg/s) que entra a 24 °C. Queremos a temperatura de saída da água e seu estado termodinâmico. Vamos usar balanço de energia: o calor cedido pelo óleo é absorvido pela água, incluindo aquecimento, vaporização e possível superaquecimento.
Passo 2
Calcular o calor perdido pelo óleo por unidade de massa, integrando o
variável de 150 °C até 40 °C:
Executando a integral obtemos
Passo 3
Multiplicando pela vazão mássica de óleo (
kg/s), o calor total cedido é
Passo 4
Primeiro aquecemos a água de 24 °C até a saturação a 100 °C usando
kJ/kg °C:
Passo 5
Como
, a água alcança 100 °C e começa a vaporizar. O calor restante é
Passo 6
Para vaporizar toda a água (3 kg/s) usamos o calor de vaporização
kJ/kg, que requer
Como
, toda a água se vaporiza e sobra
para superaquecer o vapor.
Passo 7
O superaquecimento satisfaz
Fazendo a integral e dividindo por 3 dá a equação
cuja solução física é
Passo 8
Portanto, a água sai totalmente vaporada e com temperatura de vapor superaquecido de aproximadamente 199 °C.
Resposta
A temperatura de saída da água é cerca de 199 °C, e seu estado termodinâmico é vapor superaquecido.