Questão 4 - Uma turbina descarrega 200 kg / h de vapor saturado a 1 atm. Deseja-se gerar uma corrente a 200^circ C e 1 atm pela mistura da descarga da turbina com uma segunda corrente de vapor superaquecido a 250^circ C e 1 atm .
a) Se 300 kg / h da corrente de produto são gerados, qual a quantidade de calor que deve ser transferida ao misturador?
b) Se a mistura for realizada adiabaticamente, qual a vazão da corrente de produto.

Passo 1

Beleza, a questão fala de misturar duas correntes de vapor (uma saturada a 1 atm e outra superaquecida a 250 °C/1 atm) e gerar um produto a 200 °C/1 atm. É um problema de balanço de massa e energia (primeira lei para regime estacionário), desprezando variações de energia cinética e potencial. Vamos usar:
  • Balanço de massa: m₁ + m₂ = m₃
  • Balanço de energia: m₁·h₁ + m₂·h₂ + Q̇ = m₃·h₃
    Precisamos dos valores de entalpia das correntes em kJ/kg, que a gente pega na tabela de vapor.

Passo 2

Primeiro, vamos buscar na tabela de vapor a 1 atm:
  • Corrente 1 (saturada, T≈100 °C):
  • Produto (superaquecido a 200 °C/1 atm):
E na tabela de vapor superaquecido a 1 atm e 250 °C:
  • Corrente 2:
Esses valores vêm direto das tabelas de vapor.

Passo 3

Dizem que o produto sai a m₁ + m₂ = m₃ Rightarrow 200 + m₂ = 300 Rightarrow m₂ = 100;kg/h.
Pela massa:
m₁ h₁ + m₂ h₂ + Q̇ = m₃ h₃ ;;Longrightarrow;; Q̇ = m₃ h₃ - (m₁ h₁ + m₂ h₂)
Pela energia, com transferência de calor Q̇ = 300cdot2864 ;-;l(200cdot2676 + 100cdot2960r) = 859200 ;-;(535200 + 296000) = 859200 - 831200 = 28000;kJ/h :
Substituindo:
Se quiser em kW: .

Passo 4

Agora supondo o misturador adiabático ( m₃ = m₁ + m₂ = 200 + m₂,), pedem a vazão do produto m₁h₁ + m₂h₂ = m₃h₃ = (m₁+m₂)h₃ .
Mantém-se o balanço de massa:
200cdot2676 + m₂cdot2960 = (200 + m₂)cdot2864
e de energia sem 200cdot2676 + m₂cdot2960 = 200cdot2864 + m₂cdot2864 :
m₂;(2960 - 2864) = 200;(2864 - 2676) ;;Longrightarrow;; m₂ = 200cdot18896 approx 392;kg/h
Isolando m₃ = 200 + 392 = 592;kg/h :
Então

Resposta

a) (≈7,8 kW).
b) Vazão do produto

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