Um fluxo de
de vapor superaquecido a 300 kPa possui uma temperatura de
. Este vapor será desaquecido ao ser misturado com água líquida a 300 kPa e
gerando um fluxo de saída de vapor saturado a 300 kPa . Assumindo que a câmara onde irá ocorrer a mistura é isolada (sem troca de calor), encontre a taxa de fluxo de água líquida necessária para que o processo ocorra.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O problema fala sobre mistura de vapor superaquecido com água líquida num sistema isolado. A gente precisa descobrir a quantidade de água que tem que entrar nessa mistura para transformar o vapor superaquecido em vapor saturado, tudo mantendo a pressão constante de 300 kPa. Para resolver isso, vamos usar conceitos de balanço de massa e energia, além de propriedades termodinâmicas da água e do vapor. Vamos precisar das entalpias do vapor superaquecido, da água líquida e do vapor saturado nas condições dadas.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar o fluxo de vapor que entra no sistema. Temos um fluxo de vapor superaquecido de 3 kg/s a 300 kPa e 300°C. Precisamos achar a entalpia desse vapor, que vamos chamar de
. Usando tabelas de vapor ou um diagrama de Mollier, encontramos que:
Passo 3
Agora, vamos considerar a água líquida que vai se misturar com o vapor. A água está a 300 kPa e 90°C. Vamos chamar a taxa de fluxo dessa água de
(que é o que queremos encontrar) e a entalpia da água líquida de
. Consultando as tabelas, temos:
Passo 4
Após a mistura, o vapor resultante está saturado a 300 kPa. A entalpia desse vapor saturado é
. Pela tabela de vapor saturado:
Passo 5
Como o sistema é isolado, não há troca de calor com o ambiente. Isso significa que a energia total do sistema antes da mistura é igual à energia total após a mistura. Podemos escrever o balanço de energia da seguinte forma:
Onde:
Passo 6
Vamos substituir os valores na equação:
Passo 7
Vamos reorganizar a equação para isolar
:
Passo 8
Agora, resolvemos para
:
Resposta
A taxa de fluxo de água líquida necessária é aproximadamente 0,10 kg/s.