Um gás ideal,
, é aquecido em um trocador de calor, operando em regime estacionário, de
até
por outra corrente do mesmo gás ideal, que entra a
. As vazões das duas correntes são iguais e as perdas térmicas no trocador são desprezíveis.
(a) Calcule as variações da entropia molar das duas correntes gasosas, para as configurações de escoamento no trocador em contracorrente e em paralelo.
(b) Em cada caso, qual é o
Stotal?
(c) Para a configuração em contracorrente, repita as partes (a) e (b) com a corrente quente entrando a
(a) Calcule as variações da entropia molar das duas correntes gasosas, para as configurações de escoamento no trocador em contracorrente e em paralelo.
(b) Em cada caso, qual é o
(c) Para a configuração em contracorrente, repita as partes (a) e (b) com a corrente quente entrando a
Passo 1
O enunciado trata de duas correntes molarmente iguais de um gás ideal (com
), sem perdas, uma “fria” que entra a
e sai a
e outra “quente” que entra a
. Precisamos calcular, por mol, as variações de entropia de cada corrente usando o fato de que, em processo isobárico de gás ideal,
e depois obter
. Verificamos que as temperaturas de saída da corrente quente adquirem valor fixo por balanço de energia, independentemente da configuração (contra-corrente ou paralelo).
Passo 2
Convertemos para Kelvin e calculamos
da corrente fria:
Logo
Passo 3
Pelo balanço de energia, a corrente fria ganha
Essa mesma energia é cedida pela corrente quente, logo
Passo 4
Calculamos
da corrente quente:
Passo 5
Como as temperaturas de entrada e saída de cada corrente são as mesmas em paralelo e em contra-corrente, permite concluir que
em ambos os casos. Logo
Passo 6
Para a parte (c), muda apenas
. A corrente fria continua ganhando os mesmos
, logo
Passo 7
Recalcula-se
A corrente fria não muda, então
.
Passo 8
Finalmente, para o caso (c) em contra-corrente:
Resposta
(a) Em ambos os arranjos (contra-corrente ou paralelo):
(b) em ambos os casos.
(c) Para contra-corrente com :
(b)
(c) Para contra-corrente com