Gás propano entra em um trocador de calor adiabático contínuo a
e 250 kPa e sai a
. Vapor de água superaquecido a
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
, a massa de vapor de água alimentado ( kg ) e o volume do vapor de água alimentado
.
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
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:
- Volume do propano alimentado (m³)
- Massa de água que entra como vapor (kg)
- 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:
onde
-
-
-
-
Então
Passo 3
Agora o calor absorvido pelo propano:
Como é gás ideal, a variação de entalpia é
Como é gás ideal, a variação de entalpia é
onde a gente usa
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
A energia liberada por kg de água é
Usando da tabela:
-
-
Então
Como o calor total tem que fechar:
Logo
Passo 5
Por fim, o volume do vapor de água na entrada, tratando-o como gás ideal superaquecido:
onde
-
-
-
-
Então
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.