Às vezes é necessário produzir vapor saturado a partir de vapor superaquecido e (vapor superaquecido à temperatura de coexistência vapor-líquido na pressão de operação fornecida). O vapor saturado seco é utilizado na indústria de alimentos para diversos fins incluindo entre eles a cocção de alimentos pasteurização e secagem de produtos e ainda na limpeza e esterilização de superfícies e equipamentos. Por possuir alta capacidade de fornecer calor eficientemente, sua utilização se tornou muito importante em inúmeras etapas de produção dentro da indústria de alimentos. Sendo assim, uma indústria de atomatado pretende utilizar o vapor saturado seco para desinfetar áreas na produção e equipamentos de difícil acesso, evitando assim o uso de produtos químicos e possíveis riscos de contaminação com químicos agressivos. A mudança de vapor superaquecido para
vapor saturado seco será efetuada por um dessuperaquecedor de umidade no qual certa quantidade de água é pulverizada novo vapor aquecido, produzindo assim o vapor saturado seco. Para tal processo, Vapor superaquecido a 3,0 MPa e 500^circ C entram na Câmara do de superaquecedor a uma taxa de 500 kg / h e a água líquida a ser pulverizada entra no dessuperaquecedor a 2,5 MPa e 25^circ C, produzindo vapor saturado seco a 2,25 Mpa na saída do equipamento. Sendo assim, qual deverá ser a taxa de água líquida a ser injetada no pulverizador do dessuperaquecedor?

Passo 1

O enunciado pede a massa de água líquida ( m2) a ser pulverizada num dessuperaquecedor que recebe vapor superaquecido a 3,0 MPa e 500^circC (vazão m1=500 kg/h), mistura com água a 2,5 MPa e 25^circC e sai como vapor saturado seco a 2,25 MPa.
Conteúdo: balanço de massa e de energia (primeira lei da termodinâmica em regime estacionário). Vamos precisar das entalpias de vapor superaquecido, de água líquida e de vapor saturado a essas condições (tabelas de vapor).

Passo 2

Determinar as entalpias envolvidas (valores aproximados de tabela):
h1 = hvap, superaquecido(3,0 MPa,500^circC) = 3423,1 kJ/kg
h2 = hlíq(2,5 MPa,25^circC) approx 105,0 kJ/kg í
h3 = hvap, sat(2,25 MPa) = 2931,0 kJ/kg

Passo 3

Escrevemos os balanços em regime estacionário e sem trabalho ou calor trocados com o meio (adiabático):
Conservação de massa:
m1 + m2 = m3
Conservação de energia:
m1 h1 + m2 h2 = m3 h3
Substituindo m3 = m1 + m2 na equação de energia:
m1 h1 + m2 h2 = (m1 + m2),h3

Passo 4

Isolando m2:
m1 h1 + m2 h2 = m1 h3 + m2 h3 Longrightarrow m2,(h3 - h2) = m1,(h1 - h3)
m2 = m1,(h1 - h3)h3 - h2 = 500,l(3423,1 - 2931,0r)2931,0 - 105,0 kg/h
Calculando:
m2 = 500 times 492,12826,0 approx 87,1 kg/h

Resposta

A vazão de água líquida necessária é aproximadamente 87 kg/h.

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