Vapor de água a 500 kPa e
é utilizado para aquecer água líquida de
a
em um aquecedor. Qual é o consumo específico de vapor (kg de vapor/kg de água líquida aquecida) nesta operação? Admita que o vapor não pode condensar.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre usar vapor de água para aquecer água líquida. A matéria envolvida aqui é Termodinâmica, especificamente o conceito de consumo específico de vapor. O que precisamos descobrir é quantos quilos de vapor são necessários para aquecer um quilo de água líquida de 15°C até 75°C, sabendo que o vapor não pode condensar durante o processo.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade de energia necessária para aquecer 1 kg de água líquida de 15°C a 75°C. Para isso, usamos a fórmula do calor sensível:
Onde:
-
é a quantidade de calor (em kJ), -
é a massa (em kg), -
é o calor específico da água (aproximadamente ), -
é a variação de temperatura.
Como queremos para 1 kg de água:
Então, precisamos de 250,8 kJ para aquecer 1 kg de água de 15°C a 75°C.
Passo 3
Agora, vamos ver quanta energia um quilo de vapor a 500 kPa e 300°C pode fornecer. Para isso, precisamos encontrar a entalpia do vapor nessas condi��ões.
Consultando as tabelas de vapor (como a Tabela de Vapor Saturado ou Superaquecido), encontramos a entalpia
para vapor a 500 kPa (5 bar) e 300°C. Supondo que estamos lidando com vapor superaquecido, a entalpia será maior do que a do vapor saturado.
Vamos assumir que a entalpia do vapor a 500 kPa e 300°C é aproximadamente
. (Nota: Para precisão real, é necessário consultar uma tabela de propriedades do vapor.)
Como o vapor não está condensando, toda essa energia pode ser usada para aquecer a água.
Passo 4
Agora, para encontrar o consumo específico de vapor, que é a quantidade de vapor necessária para fornecer os 250,8 kJ necessários para aquecer 1 kg de água, usamos a seguinte relação:
Substituindo os valores:
Resposta
O consumo específico de vapor é aproximadamente 0,084 kg de vapor por kg de água aquecida.