Em um trocador de calor de contracorrente ocorrem interações de calor entre dois fluxos separados. Considere um trocador de calor desse tipo, onde um dos fluxos é formado por água, que entra no estado de vapor saturado a 1 bar e sai como líquido saturado à mesma pressão. O outro fluxo é formado por ar, que entra a
bar e sai a 335 K sem alterar a sua pressão. Para o caso de operação em regime permanente, determine:
A variação de entropia específica dos dois fluxos;
A variação de entropia específica dos dois fluxos;
Passo 1
Beleza, então o enunciado diz que a gente tem um trocador de calor em contracorrente com dois fluxos:
- Água que entra como vapor saturado a 1 bar e sai como líquido saturado à mesma pressão.
- Ar que entra a 300 K e 1 bar e sai a 335 K, sem mudança de pressão.
O que a gente quer é a variação de entropia específica (Δs) de cada fluxo em regime estacionário.
Conteúdo aplicado:
- Para a água, usamos tabelas de vapor (propriedades na saturação).
- Para o ar, tratamos como gás ideal e usamos a fórmula Δs = c_p ln(T₂/T₁) – R ln(p₂/p₁).
Passo 2
Resolução para a água (vapor → líquido saturado a 1 bar):
- Na tabela de saturação para água a 1 bar, lemos:
– Entropia do vapor saturado:
– Entropia do líquido saturado: - A variação de entropia específica é
Isso faz sentido fisicamente: ao condensar, a água perde muita entropia.
Passo 3
Resolução para o ar (gás ideal, p constante):
- Fórmula geral da variação de entropia para gás ideal:
Como p₁ = p₂, o segundo termo some e fica
- Usamos
. - Calculando:
Resposta
Δsₐgua = –6,048 kJ/(kg·K)
Δs_ar = +0,111 kJ/(kg·K)
Δs_ar = +0,111 kJ/(kg·K)