Gás propano (C3 H8) 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.
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 ( m^3 vapor de água alimentado / m^3 propano alimentado). Admita comportamento de gás ideal para o propano, mas não para o vapor de água, e lembre que o trocador é adiabático. ( R 0,798 kg vapor de água; 0,4 m^3 vapor de água / m^3 propano)

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:
  • 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:
  1. médio para o propano
  2. Entalpias do vapor superaquecido e do líquido saturado de água a 5 bar
  3. R­specific do propano e das condições para obter volumes específicos

Passo 2

Escrevendo o balanço de energia no trocador adiabático:
dot mrm C3H8,l(hrm out^rm C3H8-hrm in^rm C3H8r) ;+; dot mrm H2O,l(hrm out^rm H2O-hrm in^rm H2Or) ;=;0
Como o propano “ganha” calor ( dot mrm H2Odot mrm C3H8 ;=; hrm out^rm C3H8-hrm in^rm C3H8 ,hrm in^rm H2O-hrm out^rm H2O, ) e a água “perde” ( ), isolamos a vazão mássica de água:

Passo 3

Calculemos hrm out^rm C3H8-hrm in^rm C3H8 =integralTrm in^Trm out cp,C3H8(T),dT approx cp,C3H8^rm méd,(240-40), do propano (gás ideal):
Deé
Usando valor tabelado é,

Passo 4

Agora a água: consultamos as tabelas de vapor a 5 bar:
  • hrm in^rm H2Oapprox3050;kJ/kg, hrm out^rm H2Oapprox640;kJ/kg, (vapor superaquecido a 300 °C)
  • De (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
dot mrm H2Odot mrm C3H8 = 3402410approx0,141

Passo 6

Pra achar a razão volumétrica dot Vrm H2Odot Vrm C3H8 approx0,4;m^3;vapor;/;m^3;propano , 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.

Exercícios relacionados