Problema 3.6 (Sandler, 2006): Água, contida em um tanque aberto, será aquecida da temperatura ambiente
até
por lenta adição de vapor, tal que todo vapor adicionado se condensará. O tanque inicialmente contém 100 kg de água e, a linha de vapor encontra-se a 3,0 bar e
. Quantos quilogramas de vapor deverão ser adicionados de modo que a temperatura final da água seja exatamente igual a
? Despreze as perdas de calor da água e do tanque para o meio externo.
R:
Passo 1
O enunciado pede a massa de vapor
a ser adicionada a
kg de água inicialmente a
, de modo que, após condensação lenta do vapor (3,0 bar e
), toda a mistura fique a
. O processo ocorre em tanque aberto (pressão de
bar), sem perdas de calor. Vamos usar balanço de energia entre o vapor que entra e a água que é aquecida, recorrendo a entalpias de vapor e líquido em tabelas de água.
Passo 2
Escrevemos o balanço de energia (primeira lei, sem trabalho de controle de volume nem variação de energia cinética/potencial):
o calor cedido pelo vapor ao se condensar e resfriar de até
aquece a água inicial de
até
. Em fórmula:
o calor cedido pelo vapor ao se condensar e resfriar de
onde
kg é a massa inicial de água.
Passo 3
Consultando tabelas de água:
Passo 4
Substituindo no balanço:
Resposta
A massa de vapor necessária é aproximadamente
kg.