Uma torre de resfriamento de circulação forçada opera em uma central termelétrica, sendo utilizada para redução da temperatura da água que circula no condensador existente na planta. A água de resfriamento entra na torre a 35^circC e sai a 22^circC, com uma vazão de 100 kg/s. Ar atmosférico entra na torre a 22^circC, 1 atm e 60% de umidade relativa, saindo a 29^circC e 100% de umidade relativa. A água de reposição está disponível para a torre a 20^circC.
Hipóteses: (1) Regime permanente (2)A torre de resfriamento é adiabática (3) Ar seco pode ser modelado como gás ideal (4) Não são consideradas variações de energia cinética e potencial.
Determine:
c) A vazão mássica de água de reposição consumida pela torre em kg/s

Passo 1

O enunciado pede pra gente achar a vazão mássica de água de reposição (make‐up) que entra na torre de resfriamento em kg/s.
Conteúdo: balanço de massa e energia em torre de resfriamento, psicrometria (razão de umidade e entalpia do ar úmido).
O que vamos usar:
  • Balanço de energia na água (Q cedido pela água = Q ganho pelo ar)
  • Definição de razão de umidade:
  • Entalpia do ar úmido:
  • Balanço de massa da água: água evaporada = água de reposição (desprezando derivações e purgas)

Passo 2

Calcular a razão de umidade no ar de entrada ( ) e no ar de saída ( ).
  1. Pressão de saturação a 22 °C: .
    .
    .
  2. Pressão de saturação a 29 °C: .
    .
    .

Passo 3

Balanço de energia na água de resfriamento (adiabática para o conjunto torre+ar):
Q = 100cdot4,18cdot(35-22)=100cdot4,18cdot13 = 5434 kW .
Aqui , , , .

Passo 4

Balanço de energia no ar úmido (ganha tudo Q = dot mda,De que a água perdeu):
h = cp,ar,T + omega,(hfg + cp,v,T)
com
,
onde
Usamos , , ,
, .

Passo 5

Calcular dot mda = QDe:
  1. Sensível do ar seco: .
  2. Latência (evaporação): .
  3. Aquecimento do vapor: .
    Total
Daí

Passo 6

Balanço de massa de água no ar: a água que evapora na torre é

Como desprezamos perdas extras, essa é a vazão de água de reposição.

Resposta

A vazão mássica de água de reposição consumida é de aproximadamente 1,81 kg/s.

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