Enunciado

Frangos com massa média de 1,6 kg e calor específico médio de 3,45 kJ/kg °C devem ser resfriados por água fria, que entra em um resfriador imersão com escoamento em regime permanente a 0,5 °C, e saírem a 2,5 °C. Os frangos são colocados no resfriador com temperatura uniforme de 15 °C a uma taxa de 700 frangos por hora, e são resfriados a uma temperatura média de 3 °C antes de serem retirados. O resfriador ganha calor da vizinhança a uma taxa de 400 kJ/h. Determine (a) taxa de remoção de calor dos frangos em kW e (b) a taxa de destruição de exergia durante esse processo de resfriamento. Considere T 0 = 25   ° C .

Passo 1

Inicialmente, vamos descobrir a taxa mássica de frangos que entram no resfriador, então, temos:

m ˙ f r a n g o = ( 700   f r a n g o s / h ) × ( 1,6   k g / f r a n g o ) = 1120   k g / h = 0,31   k g / s

Agora, vamos fazer o balanço de energia para a corrente de frangos, com isso, determinaremos a quantidade de calor removida dos frangos, assim:

Q ˙ f r a n g o s = Δ H f r a n g o = m ˙ c Δ T f r a n g o = 0,31   k g / s × 3,45   k J / k g ⋅ ° C × ( 15 ° C - 3 ° C )

Q ˙ f r a n g o = 13,22   k W

Passo 2

O resfriador ganha calor das vizinhanças, daí, a taxa de calor recebida pela água do resfriador é dada por:

Q ˙ á g u a = Q ˙ f r a n g o + Q ˙ v i z i n h a n ç a = 13,22   k W + 0,11   k W = 13,33   k W

Assim, considerando a capacidade calorífica da água à pressão constante sendo c p = 4,18   k J / k g ⋅ ° C , teremos que a vazão mássica de água será dada por:

m ˙ á g u a = Q ˙ á g u a c p Δ T = 13,33   k J / s 4,18   k J / k g ⋅ ° C × 2,5 ° C - 0,5 ° C = 1,594   k g / s

Passo 3

A exergia destruída é dada pela seguinte expressão:

X d e s t r u í d a = T 0 S g e r

Ao fazer o balanço de entropia, chegaremos que a entropia gerada será dada por:

S g e r = m ˙ f r a n g o c p ln ⁡ T 2 T 1 + m ˙ á g u a c p ln ⁡ T 4 T 3 - Q ˙ v i z i n h a n ç a T v i z i n h a n ç a

S g e r = 0,31   k g / s × 3,45   k J / k g ⋅ K × ln ⁡ 276 288 + 1,594   k g / s × 4,18   k J / k g ⋅ K × ln ⁡ 275,5 273,5 - 0,11   k J / s 298   K

S g e r = 0,001306 k J s ⋅ K = 0,001306   k W / K

Assim, a exergia destruída será:

X d e s t r u í d a = 298   K × 0,001306 k W K = 0,389   k W

Resposta

Assim,

  1. 13,22 kW;
  2. 0,389 kW.
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