Gás propano entra em um trocador de calor adiabático contínuo a 40^circ C e 250 kPa e sai a 240^circ C. Vapor de água superaquecido a 300^circ C e 5,0 bar entra no trocador escoando de forma contracorrente ao propano, e sai como líquido saturado na mesma pressão.
Admitindo como base de cálculo 100 moles de propano na alimentação ao trocador, desenhe e rotule um fluxograma do processo. Inclua na sua rotulagem o volume do propano alimentado (m^3), a massa de vapor de água alimentado ( kg ) e o volume do vapor de água alimentado (m^3).

Passo 1

Beleza, a ideia é a gente fazer o balanço energético num trocador de calor adiabático (ou seja, sem perda de calor pro meio) onde:
  • Propano entra a 40 °C e 250 kPa, sai a 240 °C.
  • Vapor de água entra superaquecido a 300 °C e 5 bar, sai como líquido saturado a 5 bar.
    Como base, temos 100 mol de propano entrando.
    O que precisamos calcular e rotular no fluxograma:
  1. Volume do propano alimentado (m³)
  2. Massa de água que entra como vapor (kg)
  3. Volume desse vapor de água (m³)
    Conteúdo da matéria:
  • Equação de estado do gás ideal (PV = nRT)
  • Balanço de energia (1ª lei da Termodinâmica)
  • Uso de Cp para gases ideais e entalpias da água (vapor superaquecido e líquido saturado)

Passo 2

Calcular o volume do propano usando o gás ideal:
V = n,R,TP
onde
- V = 100;times 8,314;times 313,15250000 approx 1,04;m^3 mol
- (constante universal)
-
-
Então

Passo 3

Agora o calor absorvido pelo propano:
Como é gás ideal, a variação de entalpia é
De
onde a gente usa De para o propano gasoso.
Logo

Passo 4

Esse calor vem do vapor de água que condensa e resfria de 300 °C (5 bar) até líquido saturado a 5 bar.
A energia liberada por kg de água é
qrm água = hrm g(300^circrm C,5;bar) - hrm l(5;bar)á
Usando da tabela:
- qrm água = 3054 - 640 = 2414;kJ/kg
- 1472;kJ = mrm água,times2414;kJ/kg
Então
mrm água = 14722414approx0,61;kgá
Como o calor total tem que fechar:
á
Logo
á

Passo 5

Por fim, o volume do vapor de água na entrada, tratando-o como gás ideal superaquecido:
Vrm água = m,Rrm esp,TPá
onde
- Vrm água = 0,61times462times573,15500000approx0,32;m^3
-
-
-
Então
á

Resposta

Fluxograma (descrito e rotulado):
  • Corrente 1 (Propano): 100 mol, 40 °C, 250 kPa, volume = 1,04 m³ → sai a 240 °C.
  • Corrente 2 (Água): 0,61 kg vapor a 300 °C, 5 bar, volume = 0,32 m³ → sai como líquido saturado a 5 bar.

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