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 300 K, 1 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;

Passo 1

Beleza, então o enunciado diz que a gente tem um trocador de calor em contracorrente com dois fluxos:
  1. Água que entra como vapor saturado a 1 bar e sai como líquido saturado à mesma pressão.
  2. 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):
  1. Na tabela de saturação para água a 1 bar, lemos:
    – Entropia do vapor saturado: De
    – Entropia do líquido saturado:
  2. A variação de entropia específica é
áí
Isso faz sentido fisicamente: ao condensar, a água perde muita entropia.

Passo 3

Resolução para o ar (gás ideal, p constante):
  1. Fórmula geral da variação de entropia para gás ideal:
De
Como p₁ = p₂, o segundo termo some e fica
De
  1. Usamos De.
  2. Calculando:

Resposta

Δsₐgua = –6,048 kJ/(kg·K)
Δs_ar = +0,111 kJ/(kg·K)

Exercícios relacionados