Enunciado

Um trocador de calor é utilizado para condensar o vapor que sai da turbina a vapor de uma central nuclear com água fria de um lago próximo. A água fria ( c p = 4,18   k J / k g · K ) entra no condensador a 16 ℃ , a uma taxa de 42   k g / s , e o deixa a 25 ℃ , enquanto o vapor condensa a 45 ℃ . O condensador não é isolado, por isso estima-se perda de calor a uma taxa de 8   k W do condensador para o ar. A taxa na qual o vapor condensa é

a) 0,228   k g / s

b) 0,318   k g / s

c) 0,426   k g / s

d) 0,525   k g / s

e) 0,663   k g / s

Passo 1

Dados fornecidos:

Temperatura de entrada da água fria: T c , e n t r a = 16 ℃

Temperatura de saída da água fria: T c , s a i = 25 ℃

Vazão mássica da água fria: m ˙ c = 42   k g / s

Calor específico da água: c p c = 4,18   k J / k g · K

Temperatura do vapor: T h , e n t r a = 45 ℃

Taxa de perda de calor: Q ˙ p e r d a = 8   k W

Propriedades:

Pela Tabela A-9

Entalpia de vaporização: h f g = 2395   k J / k g

Passo 2

Fala galera!!

Para resolver essa questão, podemos começar calculando o calor ganho pela água fria da seguinte maneira:

Q ˙ c , g a n h o = m ˙ c c p c T c , s a i - T c , e n t r a

Aqui,  m ˙ c é a vazão mássica da água fria,  c p c é o calor específico,  T c , e n t r a é a temperatura de entrada da água fria e  T c , s a i é a temperatura de saída da água fria. Substituindo os termos da equação pelos dados fornecidos, temos:

Q ˙ c , g a n h o = 42   k g / s × 4,18   k J / k g · K × 25 ℃ - 16 ℃

Q ˙ c , g a n h o = 1580,04   k W

Passo 3

Temos que o trocador de calor não é isolado, de modo que se estima que uma quantidade de 8 k W está sendo perdida no trocador de calor (condensador). Portanto, o calor perdido pelo fluido quente é igual ao calor ganho pelo fluido frio + o calor perdido no ar circundante. Ou seja:

Q ˙ = Q ˙ c , g a n h o + Q ˙ p e r d a

m ˙ h h f g = Q ˙ c , g a n h o + Q ˙ p e r d a

Aqui,  m ˙ h é a vazão mássica do vapor e  Q ˙ p e r d a é o calor perdido no ar circundante. Substituindo os termos da equação pelos dados obtidos, temos:

m ˙ h × 2395   k J / k g = 1580,04   k W + 8   k W

m ˙ h = 0,663   k g / s

Portanto, a taxa na qual o vapor condensa é  0,663   k g / s .

Resposta: Letra (e)

Resposta

(e) 0,663   k g / s

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