Dióxido de carbono, utilizado como fluido refrigerante natural, é resfriado num trocador de calor a 10 MPa . Por ser uma pressão supercrítica, não há condensação. A entrada está a
e a saída a
. Determine a quantidade de calor trocada por kg de gás.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício que fala sobre dióxido de carbono (CO₂) usado como refrigerante natural. Ele está sendo resfriado em um trocador de calor operando a uma pressão de 10 MPa, que é supercrítica, ou seja, não ocorre condensação. A temperatura de entrada é de 200°C e a de saída é de 40°C. Nosso objetivo aqui é descobrir quanta quantidade de calor está sendo trocada por quilograma de gás.
Para resolver isso, vamos usar os conceitos de termodinâmica, especificamente relacionados à transferência de calor em processos sem mudança de fase. Vamos precisar entender como calcular a variação de entalpia do gás durante o resfriamento.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que em um processo onde não há mudança de fase (como é o caso aqui, já que a pressão é supercrítica e não ocorre condensação), a quantidade de calor trocada (Q) pode ser calculada usando a variação da entalpia específica (h) do gás. A fórmula básica é:
Isso significa que o calor trocado é igual à diferença entre a entalpia do CO₂ na entrada e na saída.
Passo 3
Agora, precisamos encontrar os valores de entalpia específica do CO₂ nas duas condições de estado fornecidas: na entrada (200°C) e na saída (40°C), ambas a 10 MPa. Para isso, geralmente consultamos tabelas termodinâmicas do CO₂ ou usamos softwares específicos que fornecem esses valores.
Como estamos fazendo isso de forma didática, vamos supor que temos acesso a esses valores:
- Entalpia na entrada (
) a 200°C e 10 MPa: - Entalpia na saída (
) a 40°C e 10 MPa:
Passo 4
Com esses valores em mãos, podemos aplicar a fórmula que mencionamos no Passo 2 para encontrar a quantidade de calor trocada por quilograma de gás:
Resposta
A quantidade de calor trocada por quilograma de dióxido de carbono é de 400 kJ/kg.