Nas tubulações internas de uma caldeira que opera em regime permanente, escoa água com pressão constante de
. A água é aquecida entre a entrada e a saída da caldeira, passando de
para
. O calor fornecido para a água é retirado dos produtos de combustão que escoam a pressão constante em torno das tubulações de água. Como resultado dessa troca de calor, os produtos de combustão se resfriam passando de
para
. Os produtos de combustão podem ser modelados como um gás ideal com massa molecular igual a
e com calor específico a pressão constante dado pela seguinte relação:
Desprezando tanto a troca de calor entre a caldeira e o meio, como os efeitos de energia cinética e de energia potencial gravitacional, determine:
A vazão de produtos de combustão, em kg por kg de água.
A vazão de produtos de combustão, em kg por kg de água.
Passo 1
Resumo da questão: Temos água fluindo em regime permanente dentro da caldeira, à pressão constante de 0,8 MPa, sendo aquecida de 150 °C para 240 °C. Esse calor vem dos gases de combustão que esfriam de 1067 °C para 547 °C. Queremos descobrir quantos quilos de gás são necessários para fornecer o calor de 1 kg de água, desprezando perdas de calor pro meio e energia cinética/potencial.
Conteúdo: balanço de energia (1ª lei da termodinâmica) e cálculo de entalpia via . Vamos precisar saber:
Conteúdo: balanço de energia (1ª lei da termodinâmica) e cálculo de entalpia via
- Calor específico médio da água ou tabelas termodinâmicas.
- Relação de
para o gás e a constante específica . - Como integrar polinômio de
.
Passo 2
Calor absorvido pela água (
):
Como não temos tabelas, aproximamos a água por líquido/aquecido com .
Então
Como não temos tabelas, aproximamos a água por líquido/aquecido com
Então
Passo 3
Expressão de
dos gases de combustão:
Eles são gás ideal com massa molar . A constante específica é
Eles são gás ideal com massa molar
E foi dada a relação
Passo 4
Cálculo do calor cedido por 1 kg de gás (
) via entalpia:
Chamando
o resultado numérico da integral de 820 K a 1340 K dá aproximadamente
Passo 5
Balanço de energia (1 kg de água):
Logo
Resposta
São necessários cerca de 0,63 kg de produtos de combustão para cada 1 kg de água.