Enunciado

69- Um trocador de calor é alimentado com 0.3   k g / s de uma mistura de dióxido de carbono e água a 1200   K e 200   k P a .

A taxa de transferência de calor desta mistura para o fluido frio no trocador de calor é 300   k W .

Sabendo que a mistura é composta por 50 % de dióxido de carbono e 50 % de água, na base mássica, determine a temperatura da mistura na seção de descarga do trocador de calor e a taxa de geração de entropia neste processo.

Utilize as propriedades indicadas na T a b   A . 8 para resolver esse problema

Passo 1

Então galera rápido e direto ao ponto, pois sua prova é amanhã certo?

Como pela tabela A . 8 temos as seguintes entalpias para 1200   K para a água e o dióxido de carbono

h a g u a   1200   K = 2 46 6 . 25   k J / k g

h C O 2   1200 K = 1223.34   k J / k g

Então a entalpia de entrada para o trocador de calor na entrada do trocador será de:

h 1 = 0.5 × 2466.25 + 0.5 × 1223.34 = 1844.8   k J / k g

E essa é a primeira variável da questão que precisamos no nosso cinto de utilidades para a nossa questão

Passo 2

Aí agora temos que a entalpia de saída se dará pela seguinte fórmula

m ˙ ( h 1 - h 2 ) = Q

Uma vez que a mistura sai mais frio do que quando entrou

E nós temos a troca de calor no processo que é de 300   k W , além da vazão mássica que é de 0.3   k g / s

Já que somente temos transporte de substância dentro do trocador, então:

h 2 = h 1 - Q m ˙ = 1844.8 - 300 0.3 = 844.8   k J / k g

Passo 3

E agora vem uma parte mais chatinha da questão pois precisamos ver na tabela quando:

0.5 h C O 2 + h H 2 O = 844.8

h C O 2 + h H 2 O = 1689.6

E fazendo a soma das entalpias nas tabelas vemos que ela está entre 600   K e 650   K , então

T 2 = 600 + 650 - 600 1235.30 + 560.51 - 1133.67 + 506.07 × 1689.6 - 1133.67 + 506.07

T 2 = 615.97   K

Temperatura essa que responde nossa questão parcialmente

Passo 4

Outra coisa que queremos é a taxa de geração de entropia onde a geração é dada por:

S g e r a d a = m ˙ s 2 - s 1 - Q T

Mas como queremos a taxa de geração de entropia então podemos dizer que ela vale:

Δ S = m ˙ ( Δ s )

Já que a taxa de calor é constante. Entretanto nas tabelas A . 8 temos a entropia padrão que é dada por:

Δ s 0 = Δ s + c p ln ⁡ P 2 P 1

Mas como temos pressão constante no trocador então

Δ s 0 = Δ s

Então chega de entretanto e porém e vamos aplicar os valores:

Δ S = m ˙ s 2 0 - s 1 0 = 3 0.5 5.558 - 6.3483 + 0.5 11.8784 - 13.3492 = - 0.339   k W / K

Esses valores esquisitos são as entropias das duas substâncias a 616   K (que é a saída) e 1200   K (entrada), não fiz a interpolação pois você já deveria saber isso por estar em um capítulo tão a frente

A novidade fica em multiplicar por 0.5 a taxa das duas substâncias pois é proporcional a sua massa

Essa foi a questão e te aguardo na próxima

Resposta

T 2 = 615.97   K

Δ S = - 0.339   k W / K

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

13 – 51 C Ao avaliarmos a variação da entropia dos componentes de uma mistura de gases ideais, temos de usar a pressão parcial de cada componente ou a pressão total da mistura?
13 – 48 C A energia interna específica de uma mistura de gases é igual à soma das energias internas específicas de cada gás individual da mistura?
13 – 50 C A variação da energia interna total de uma mistura de gases ideais é igual à soma das variações da energia interna de cada gás individual da mistura? Responda a mesma pergunta considerando u
13 – 49 C Resolva os Probs. 13 – 47 C e 13 – 48 C , considerando a entropia em vez da energia interna.
13 – 54 E Uma mistura de hélio e nitrogênio com uma fração mássica de nitrogênio de 35 % está contida em um dispositivo pistão-cilindro disposto para manter uma pressão fixa de 100p s i a . Determine