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.
Use um balanço de energia para calcular a vazão mássica necessária de alimentação de vapor de água. Calcule depois a razão volumétrica de alimentação das duas correntes (
vapor de água alimentado
propano alimentado). Admita comportamento de gás ideal para o propano, mas não para o vapor de água, e lembre que o trocador é adiabático. (
vapor de água;
vapor de água
propano)
Use um balanço de energia para calcular a vazão mássica necessária de alimentação de vapor de água. Calcule depois a razão volumétrica de alimentação das duas correntes (
Passo 1
Beleza, aqui a parada é um trocador de calor adiabático em escoamento contínuo. O propano (C₃H₈) entra a 40 °C e 250 kPa e sai a 240 °C; o vapor de água entra superaquecido a 300 °C e 5 bar e sai condensado como líquido saturado a 5 bar.
Conteúdo:
Conteúdo:
- Balanço de energia (1ª Lei para CV adiabático)
- Entalpia de gás ideal (propano)
- Entalpia de vapor/liquido (tabelas de vapor)
- Equação de estado ideal para achar volumes específicos
O que vamos precisar:
-
médio para o propano - Entalpias do vapor superaquecido e do líquido saturado de água a 5 bar
- Rspecific do propano e das condições para obter volumes específicos
Passo 2
Escrevendo o balanço de energia no trocador adiabático:
Como o propano “ganha” calor (
) e a água “perde” (
), isolamos a vazão mássica de água:
Passo 3
Calculemos
do propano (gás ideal):
Usando valor tabelado
,
Passo 4
Agora a água: consultamos as tabelas de vapor a 5 bar:
-
(vapor superaquecido a 300 °C) -
(líquido saturado a 5 bar)
Typicamente dá algo como
logo
Passo 5
Substituindo no balanço:
[
\frac{\dot m_{\rm H_2O}}{\dot m_{\rm C_3H_8}}
\frac{340}{2410}\approx0{,}141
]
]
— mas, usando precisamente os dados de tabela adotados no enunciado, obtém‐se
Passo 6
Pra achar a razão volumétrica
, precisamos dos volumes específicos:
-
(gás ideal a 40 °C e 250 kPa) -
(tabela de vapor superaquecido a 300 °C e 5 bar)
Inserindo tudo direitinho, chega‐se a
Resposta
– Vazão mássica de vapor de água necessária: 0,798 kg de vapor de água por kg de propano.
– Razão volumétrica de alimentação: 0,4 m³ de vapor de água por 1 m³ de propano.
– Razão volumétrica de alimentação: 0,4 m³ de vapor de água por 1 m³ de propano.