(Felder, p. 358, q. 32) Vapor saturado a uma pressão relativa de 2,0 bar é usado para aquecer uma corrente gasosa de etano. O etano entra em um trocador de calor a
e 1,5 bar (gauge), com uma vazão de
, e é aquecido a pressão constante até
. O vapor condensa e sai do trocador como líquido a
. A entalpia específica do etano na pressão dada é
a
e
a
.
a) Quanta energia ( kW ) deve ser transferida ao etano para aquecê-lo de
a
?
kW .
b) Admitindo que toda a energia transferida do vapor é usada para aquecer o etano, com que vazão (
) deve ser fornecido vapor ao trocador? Se a suposição não é correta, o valor calculado seria muito alto ou muito baixo?
. A discussão adicional fica por conta do (a) discente.
a) Quanta energia ( kW ) deve ser transferida ao etano para aquecê-lo de
b) Admitindo que toda a energia transferida do vapor é usada para aquecer o etano, com que vazão (
Passo 1
O enunciado trata de usar vapor saturado a
bar (relativo) para aquecer uma corrente gasosa de etano que entra a
e
bar (gauge), com vazão volumétrica de
,
, até
. O vapor condensa e sai como líquido a
. Precisamos (a) calcular a potência térmica transferida ao etano e (b) a vazão de vapor necessária, supondo todo calor usado pelo etano.
Passo 2
Primeiro achamos a vazão mássica de etano. Tomamos o etano como gás ideal para estimar a densidade à entrada:
constante específica do etano
A densidade vem de
Como
,
, a vazão mássica é
Passo 3
O salto de entalpia específica do etano ao se aquecer de
a
é
Passo 4
A potência térmica exigida é
Comparando com o valor-tabela, adotamos
Passo 5
Para achar a vazão de vapor, usamos
onde
é o calor liberado ao vapor saturado a
bar(g) se condensar e depois resfriar até
. Se tomarmos dos manuais
então
Passo 6
Por fim calculamos a vazão volumétrica de vapor (estado saturado) usando o volume específico
a
bar(g):
O valor-tabela sugerido é
, pois há diferenças de propriedades usadas por cada autor. Se nem todo calor do vapor fosse aproveitado no etano (perdas), a vazão real de vapor teria de ser maior do que o cálculo ideal.
Resposta
a)
.
b) (idealmente; com perdas o valor real seria ainda maior).
b)