Gases de exaustão de motores de combustão interna, a 400 ^circ C e 1 bar, escoam a uma vazão de 125 mol / s para uma caldeira de recuperação de calor na qual o vapor d’água saturado é gerado na pressão de 1200 kPa . A água entra na caldeira a 20 ^circ C(T sigma) e os gases de exaustão são resfriados até uma diferença de 10^circ C em relação à temperatura do vapor.

Passo 1

Beleza, o enunciado diz o seguinte: nossos gases de exaustão saem a 400 °C e 1 bar com vazão de 125 mol/s e entram numa caldeira de recuperação onde geramos vapor d’água saturado a 1 200 kPa. A água de alimentação entra a 20 °C e, no final, os gases saem com temperatura 10 °C acima da do vapor saturado.
Conteúdo envolvido:
  • Balanço de energia (primeiro princípio)
  • Cálculo de entalpias pela capacidade térmica (cp) e calor latente
  • Consulta de tabela de vapor para obter temperatura de saturação e entalpias
Pra resolver, a gente vai precisar de:
  1. Massa de gases (transformar 125 mol/s em kg/s)
  2. Calor cedido pelos gases:
  3. Calor requerido para aquecer a água + vaporizar:
    áá
  4. Igualar os dois e achar á.

Passo 2

Calcular a vazão mássica dos gases.
  • Vazão molar: dot mrm gases =dot n;M =125;rm molrm stimes0,029;rm kgrm mol =3,625;rm kg/s
  • Peso molecular aproximado dos gases (ar)
    Então

Passo 3

Descobrir a temperatura de saturação e entalpias a 1 200 kPa (tabela de vapor):
  • Entalpia do líquido saturado: (só como referência)
  • Calor latente:

Passo 4

Temperatura de saída dos gases:
Trm out = Trm sat+10 =188,17+10 =198,17;!^circ C

Passo 5

Calor cedido pelos gases (assumindo dot Qrm gases =dot mrm gases,cp,rm gases,(Trm in-Trm out) =3,625;times1,0;times(400-198,17) approx732,6;kJ/s ):

Passo 6

Calor necessário para a água virar vapor saturado:
  1. Aquecer de 20 °C até 188,17 °C
    • Q1 =cp,rm água,(Trm sat-Trm entrada) =4,18,(188,17-20) approx702,8;kJ/kg á
    Q2 =hfg =2,010,8;kJ/kg á
  2. Vaporizar (calor latente) qrm água =Q1+Q2 =702,8+2,010,8 =2,713,6;kJ/kg
Total por kg de água:
á

Passo 7

Balanço de energia (tudo que sai dos gases entra na água):
dot Qrm gases =dot mrm água;qrm água Longrightarrow dot mrm água =dot Qrm gasesqrm água =732,62,713,6 approx0,270;kg/s áááá

Resposta

A taxa de vapor produzido é cerca de 0,27 kg/s de vapor saturado a 1 200 kPa.

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