Gases de exaustão de motores de combustão interna, a
e 1 bar, escoam a uma vazão de
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
e os gases de exaustão são resfriados até uma diferença de
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:
- Massa de gases (transformar 125 mol/s em kg/s)
- Calor cedido pelos gases:
- Calor requerido para aquecer a água + vaporizar:
- Igualar os dois
e achar .
Passo 2
Calcular a vazão mássica dos gases.
- Vazão molar:
- 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:
Passo 5
Calor cedido pelos gases (assumindo
):
Passo 6
Calor necessário para a água virar vapor saturado:
- Aquecer de 20 °C até 188,17 °C
-
- Vaporizar (calor latente)
Total por kg de água:
Passo 7
Balanço de energia (tudo que sai dos gases entra na água):
Resposta
A taxa de vapor produzido é cerca de 0,27 kg/s de vapor saturado a 1 200 kPa.