A Figura P12.98 mostra duas opções para o condicionamento de ar atmosférico, em regime permanente. Em cada caso o ar entra a 15 ∘ C , 1 atm e 20 % de umidade relativa com uma vazāo volumétrica de 150   m 3 / s e sai a 30 ∘ C , 1 atm e 40 % de umidade relativa. Um método condiciona o ar através da injeção de vapor d 'água saturado a permite que o ar de entrada passe através de uma almofada encharcada reabastecia por água líquida entrando a 20 ∘ C , 0   f l u x o   d e   a r   u ́ m i d Estão aquecidos por uma resistência elétrica. Para T 0 = 288   K Qual das duas opções é preferível a partir do ponto de vista de ter menos destruição de energia. Discuta.

Passo 1

PREMISSAS: (1) O volume de controle mostrado na figura anexa opera em estado estacionário com Q C V = W ˙ e v = 0 e efeitos desprezíveis da energia cinética e potencial. (2) Para os fluxos e 2   h = h f ( T ) .

ANÁLISE: No estado estacionário, os balanços da taxa de massa dão m a 3 = m i n 4   = m ˙ a

E m 1 + m ˙ v 3 = m ˙ 2 + 1 m 1 ⇒ m ˙ 2 = m ˙ 1 + m ˙ a ω 3 - ω 4 (1)

Para encontrar ω 3   e   ω 4 ,   e s c r e v a   P V 3 = ϕ 3 P 9 T 3 = ( 0.30 ) ( 0.5073 ) = 0.152191661   i n '   ,   P v 4 = P 4 100 ∘ F = 0.9503 ⁡ l b f / i n 2

Passo 2

Portanto ω 3 = 0.622 0.15219 14646 - 0.15219 = 0.0065 16 ( v ) 1 1 v a , ω 4 = 0.622 0.9503 14.696 - 0.9503 = 0.0430 l b ⁡ ( v ) l b ⁡ ( a )

A taxa de fluxo de massa ma pode ser encontrada a partir de um balanço de taxa de energia que, em estado estacionário, reduz para

0 = h A 3 + ω 3 h 33   + m 1 , h f T 1 - m ˙ 1 + m ˙ a ω 3 ⋅ ω 4 h f T 2 ÷ m A h 44 + w 4 h 54

Resolvendo para ma

m ˙ a = m ˙ 1 h 4 T 1 - h t T 2 h a 4 - h a 3 + ω 4 h g 4 - ω 8 h 33 + ω 3 - ω 4 n f T 2

= 140 88 - n f T 2 0.24 ( 100 - 80 ) + ( 0.043 ) ( 105 ) - ( 0.0065 ) ( 1096.4 ) + ( 0.043 - 0.0065 ) h f T 2

= 140 88 - h f 7 2 45.188 + ( 0.0365 ) h 4 T 2 16 s 3600 s 1 n (1)

Passo 3

Simplificação do cálculo: T 2 = 80 ∘ F , h f T 2 = 48.09 B t u / l b , m ˙ a = 4.28 × 10 5 L B / h .

Os dados para a parcela necessária são obtidos usando TI, da seguinte forma:

Código IT

T 1 = 120 l /   ∘ F m d o t ⁡ 1 = 140   T 2 = 80 / /   ∘ F T 3 = 80 l l ∘ F p 3 = 14.696 l l l b f / i n 2

phi3 = 0.3

T 4 = 100 l l ∘ F p 4 = p 3 p h i 4 = 1.0

h1 = hsat_Px("Water/Steam", psat1, 0)psat1 = Psat_T("Water/Steam", T1)h2 = hsat_Px("Water/Steam", psat2, 0)psat2 = Psat_T("Water/Steam", T2)w3 = w_Tphi(T3,phi3,p3)h3 = ha_Tw(T3,w3)w4 = w_Tphi(T4,phi4,p4)h4 = ha_Tw(T4,w4)

mdota 3 = mdota4mdot1 + w 3 * mdota3 = m d o t ⁡ 2 + w 4 ⋆ mdota4 0 = m d o t a ⁡ 3 *   h 3 + m d o t 1 *   h 1 - m d o t a 4 ⋆ h 4 -

m d o t ⁡ 2 *   h 2

mdota = m d o t a ⁡ 3 * 3600   / / l b / h

I T _ Resultados para T 2 = 80 ∘ F

ω 3 = 0.006503 l b ( v ) / l b ( a )   ω 4 = 0.04265 I b ( v ) / l b ( a )   m ˙ 2 = 135.3 l b / s   m ˙ a = 4.72 E 5 l b / h  

Passo 4

Para conseguir mais resfriamento (menor temperatura do líquido saindo da torre), é necessário um aumento do fluxo de ar, conforme o esperado.

Resposta

Para conseguir mais resfriamento (menor temperatura do líquido saindo da torre), é necessário um aumento do fluxo de ar, conforme o esperado.

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