Conforme o dessuperaquecedor ilustrado na Fig. P6.92, água líquida é injetada em um fluxo de vapor superaquecido. Como resultado, tem-se um fluxo de vapor de vapor saturado na saída. Os dados para a operação em regime permanente estão apresentados na figura. Ignorando as perdas de calor e os efeitos das energias cinética e potencial, determine:

a) a vazão mássica do fluxo de vapor superaquecido, em k g / m i n .

b) a taxa de geração de entropia no interior do dessuperaquecedor, em k W / K .

Passo 1

E aí, tudo bem?

Pronto pra resolver essa questão comigo?

Então, fica de olho!

Letra a)

Começamos o nosso problema aplicando a equação da continuidade em nosso sistema:

m ˙ 1 + m ˙ 2 = m ˙ 3

Agora, devemos aplicar um balanço de energia:

Q ˙ v c - W ˙ v c + m ˙ 1 h 1 + m ˙ 2 h 2 - m ˙ 3 h 3 = 0

Desprezando o a transferência de calor e o trabalho envolvido, temos:

m ˙ 1 h 1 + m ˙ 2 h 2 - m ˙ 3 h 3 = 0

m ˙ 1 h 1 + m ˙ 2 h 2 - m ˙ 1 + m ˙ 2 h 3 = 0

Isolando m ˙ 2 :

m ˙ 2 = m ˙ 1 h 3 - h 1 h 2 - h 3

Passo 2

Devemos obter algumas propriedades a partir das Tabelas do Apêndice A.

Pela tabela de vapor saturado T 1 = 20 ° C :

h 1 = h f = 83,96   k J / k g

s 1 = s f = 0,2966   k J / k g ⋅ K

Pela tabela de água saturada ( p 3 = 0,3   M P a ) :

h 3 = h g = 27253   k J / k g

s 3 = s g = 6,9919   k J / k g ⋅ K

Por fim, na tabela de água superaquecida ( p 2 = 0,3   M P a   e   T 2 = 200 ° C ) :

h 2 = 2865,5   k J / k g

s 2 = 7,3115   k J / k g ⋅ K

Passo 3

Substituindo os dados na nossa equação do Passo 1:

m ˙ 2 = m ˙ 1 h 3 - h 1 h 2 - h 3

m ˙ 2 = 6,37 ⋅ 2725,3 - 83,96 2865,5 - 2725,3

Obtemos a vazão mássica do fluxo de vapor superaquecido:

m ˙ 2 = 120,01   k g / m i n

Passo 4

Letra b)

Aplicando um balanço de entropia no dessuperaquecedor:

∑ Q i T i + m ˙ 1 s 1 + m ˙ 2 s 2 - m ˙ 3 s 3 + σ ˙ v c = 0

Como Q i T i = 0 , temos:

σ ˙ v c = m ˙ 1 + m ˙ 2 s 3 - m ˙ 1 s 1 - m ˙ 2 s 2

σ ˙ v c = 120,01 + 6,37 ⋅ 6,9919 - 6,37 ⋅ 0,2966 - 120,01 ⋅ 7,3115

σ ˙ v c = 4,29   k J / m i n ⋅ K = 0,0715   k W / K

E assim, a gente termina a nossa questão!

Até a próxima!

Resposta

a )   m ˙ 2 = 120,01   k g / m i n

b )   σ ˙ v c = 4,29   k J / m i n ⋅ K = 0,0715   k W / K

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