Um trocador de calor em contracorrente opera em regime permanente com efeitos de energia cinética e potencial desprezíveis. Por um dos bocais, água líquida entra a 10 ° C e sai a 20 ° C , com uma perda de carga desprezível. Por outro bocal, Refrigerante 134 a entra 10   b a r , 80 ° C e uma vazão mássaica de 135   k g / h , saindo a 10   b a r e 20 ° C . A água líquida pode ser modelada como incompressível com c p = 4,179   k J / k g ⋅ K . A transferência de calor a partir da superfície externa do trocador de calor pode ser ignorada. Determine:

a) a vazão mássica do fluxo de água líquida, em k g / h .

b) a taxa de geração de entropia no interior do trocador de calor em k W / h .

Passo 1

Começamos o nosso problema aplicando um balanço de energia no trocador:

m ˙ a h 1 - h 2 = m ˙ r h 4 - h 3

Isolando o fluxo mássico de água líquida:

m ˙ a = m ˙ r h 4 - h 3 h 1 - h 2

Pelas tabelas do Apêndice, devemos obter algumas propriedades do Refrigerando 134   a .

- Superaquecido T 3 = 80 ° C ,   p 3 = 10   b a r :

h 3 = 313,2   k J / k g

s 3 = 1,0405   k J / k g ⋅ K

- Líquido Saturado ( T 4 = 20 ° C ,   p 4 = 10   b a r ) :

h 4 = h f = 77,26   k J / k g

s 4 = s f = 0,2924   k J / k g ⋅ K

Bora para os cálculos!

Passo 2

Letra a)

Para a água líquida, encontramos a variação de entalpia do seguinte modo:

h 1 - h 2 = c p T 1 - T 2

Assim:

m ˙ a = m ˙ r h 4 - h 3 c p T 1 - T 2

Substituindo os dados:

m ˙ a = 135 ⋅ 77,26 - 313,2 4,179 ⋅ 10 - 20

m ˙ a = 762,37   k g / h

Passo 3

Letra b)

Aplicando um balanço de taxa de equilíbrio de entropia:

σ ˙ + m ˙ a s 1 - s 2 + m ˙ r s 3 - s 4 - Q ˙ T s = 0

Como Q ˙ T s = 0 e a pressão é constante:

σ ˙ = m ˙ a c p ln ⁡ T 2 T 1 + m ˙ r s 4 - s 3

Substituindo os dados:

σ ˙ = 762,37 ⋅ 4,179 ⋅ ln ⁡ 293 283 + 135 ⋅ 0,2924 - 1,0405  

σ ˙ = 9,6405   k J / h ⋅ K = 0,00267   k W / K

E terminamos!

Até a próxima questão!

Resposta

a )   m ˙ a = 762,37   k g / h

b )   σ ˙ = 9,6405   k J / h ⋅ K = 0,00267   k W / K

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