(Felder, p. 359, q. 36) Um vapor úmido na pressão de 5,0 bar com uma qualidade de 0,85 é “secado” isotermicamente evaporando-se o líquido entranhado. A vazão do vapor secado é 52,5 \mathrm{m}^{3} / \mathrm{h}.
a) Use as tabelas de vapor para determinar a temperatura na qual acontece esta operação, as entalpias específicas das correntes úmida e seca e a vazão mássica total da corrente de processo. R: 151,8^{\circ} \mathrm{C}, 2431,39 \mathrm{~kJ} / \mathrm{kg}, 2747,5 \mathrm{~kJ} / \mathrm{kg} e 140 \mathrm{~kg} / \mathrm{h}, respectivamente.
b) Calcule a entrada de calor ( kW ) necessária para o processo de evaporação. R : 12,3 kW .

Passo 1

O enunciado dá um vapor saturado a P=5,0 bar com qualidade x_{1}=0,85. Esse vapor é “secado” isotermicamente, evaporando-se toda a fração líquida, e o vapor seco resultante ocupa uma vazão volumétrica de 52,5, m^{3}/h. Precisamos determinar:
  • a temperatura de saturação em 5,0 bar;
  • as entalpias específicas do vapor úmido de entrada ( h_{1}) e do vapor seco de saída ( h_{2});
  • a vazão mássica total do processo ( \dot{m});
  • a potência térmica (kW) requerida.

Passo 2

Usando tabela de vapor saturado em P=5,0 bar, encontramos a temperatura de saturação:
T_{\rm sat}=151,8^\circ\mathrm{C}.

Passo 3

Na mesma tabela, lemos os valores de:
v_{g}=0,3749\;\mathrm{m^3/kg},\quad h_{f}=640,1\;\mathrm{kJ/kg},\quad h_{g}=2747,5\;\mathrm{kJ/kg}.
Dessa forma o calor latente é
h_{fg}=h_{g}-h_{f}=2747,5-640,1=2107,4\;\mathrm{kJ/kg}.

Passo 4

A entalpia específica da mistura úmida de entrada é
h_{1} = h_{f} + x_{1}\,h_{fg} = 640,1 + 0,85\times2107,4 =2431,4\;\mathrm{kJ/kg}.
A entalpia do vapor seco de saída é simplesmente
h_{2}=h_{g}=2747,5\;\mathrm{kJ/kg}.

Passo 5

A vazão mássica total do processo vem da vazão volumétrica do vapor seco:
\dot m =\frac{\dot V}{v_{g}} =\frac{52,5\;\mathrm{m^3/h}}{0,3749\;\mathrm{m^3/kg}} \approx140\;\mathrm{kg/h}.

Passo 6

A taxa de calor requerida (assumindo mistura estacionária e sem outras perdas) é
\dot Q =\dot m\,(h_{2}-h_{1}) =140\;\mathrm{kg/h}\;\times(2747,5-2431,4)\;\mathrm{kJ/kg}.
Como isso dá em kJ/h, convertemos para kW dividindo por 3600:
\dot Q =\frac{140\times316,1}{3600} \approx12,3\;\mathrm{kW}.

Resposta

Temperatura: 151,8^\circ\mathrm{C}
Entalpia da entrada h_{1}=2431,4\;\mathrm{kJ/kg}
Entalpia da saída h_{2}=2747,5\;\mathrm{kJ/kg}
Vazão mássica \dot m=140\;\mathrm{kg/h}
Potência térmica \dot Q=12,3\;\mathrm{kW}

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