Enunciado

70- Um trocador de calor é alimentado com 0.01 k m o l / 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 molar, 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 . 9 para resolver este problema

Passo 1

Não fala em calor não que eu to com calor demais

Situação não está boa não! Preciso trocar calor com o ar condicionado urgente

Bem pessoalzinho, o que essa questão quer? Nós temos um trocador e tal e a mistura entre 50 % de dióxido de carbono e 50 % de água entram nesse trocador com 1200   K e 200   k P a , é transferido 300   k W desses dois gases para outro gás qualquer que está mais frio

E aí pede-se quanto de temperatura nós iremos ter para essa mistura no final. Beleza até aqui?

A tabela A . 9 é aquela que nos fornece a entalpia, então beleza vamos utilizar-la, vendo então quanto de entalpia eu tenho para as duas substâncias a 1200   K nós obtemos:

h 1200   C O 2 = 44473   k J / k m o l

h 1200   H 2 O = 34506   k J / k m o l

O que nos dá uma entalpia inicial de:

h 1 ¯ = 0.5 × 44473 + 0.5 × 34506 = 39489.5   k J / k m o l

Passo 2

Show de bola já demos um passo importante na questão, basta agora encontrarmos o quanto temos de entalpia no final desse escoamento. E para isso nós sabemos que é retirado 300   k W da mistura e para isso nós fazemos:

Q ˙ = n ˙ h s a í d a - h e n t r a d a

h s a í d a = Q ˙ n ˙ + h e n t r a d a

E como temos a locomoção de n ˙ = 0.01   k m o l / s , então:

h s a í d a = - 300 0.01 + 39489.5 = 9489.5   k J / m o l

Nada, mais natural, se calor é retirado então a entalpia final será menor.

Passo 3

Agora temos que ver quanto de temperatura dá essa entalpia total, ou seja

9489.5 = 0.5 h s a í d a   C O 2 + 0.5 ( h s a í d a   H 2 O )

h s a í d a   C O 2 + h s a í d a   H 2 O = 18979

Agora interpolando a soma das duas entalpias nós vemos que essa temperatura está entre 500   K e 600   K , então:

T 2 = 500 + 600 - 500 ( 12906 + 10499 ) - ( 8305 + 6922 ) × ( 18979 - 8305 + 6922

O que nos dá:

T 2 = 545.88   K

É um tanto trabalhosa fazer essa verificação de soma entre entalpias, mas vai por mim é uma forma mais segura de achar o resultado.

Se ficou alguma dúvida não deixe de falar com a gente, vamos adorar solucionar os seus problemas!

Resposta

T 2 = 545.88   K

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