Enunciado

206. Em 1982, a explosão de um tanque de água quente em uma escola dos Estados Unidos localizada em Spencer (Oklahoma) matou 7 pessoas e feriu outras 33. Embora o número de tais explosões tenha diminuído bastante desde o desenvolvimento do Código ASME para Vasos de Pressão, exigindo que os tanques sejam projetados com pressões quatro vezes maiores do que as pressões normais de operação, tais acidentes ainda ocorrem devido a falhas em válvulas de alívio e termostatos. Quando um tanque cheio com um líquido a altos níveis de pressão e temperatura se rompe, parte desse líquido se transforma em vapor devido à queda repentina da pressão do líquido até o nível atmosférico, e assim há uma elevação

enorme em seu volume. A onda de pressão resultante que rapidamente se propaga pode causar danos consideráveis. Considerando que o líquido pressurizado no tanque fatalmente atinge o equilíbrio com sua vizinhança logo após a explosão, o trabalho que um líquido pressurizado realizaria se pudesse se expandir de forma reversível e adiabática até a pressão da vizinhança pode ser visto como a energia de explosão do líquido pressurizado. Devido

ao curtíssimo tempo da explosão e à aparente estabilidade posterior, o processo da explosão pode ser considerado adiabático, sem variações nas energias cinética e potencial e sem mistura com o ar. Considere um tanque de água quente com 80 L cuja pressão de

trabalho é de 0,5 MPa. Em decorrência de algum defeito, a pressão do tanque sobe até 2 MPa, ponto em que o tanque explode. Considerando a pressão atmosférica como 100 kPa e o líquido do tanque como saturado no momento da explosão, determine a energia de explosão total do tanque, expressando-a pela energia explosiva de uma determinada massa de TNT. (A energia explosiva do TNT é de aproximadamente 3.250 kJ/kg, e 5 kg de TNT podem causar destruição total de estruturas não reforçadas dentro de um raio de aproximadamente 7 m.)

Passo 1

Idealizamos o tanque de água como um sistema fechado que passa por um processo adiabático reversível com alterações insignificantes nas energias cinética e potencial. O trabalho realizado durante esse processo idealizado representa a energia explosiva do tanque, determinada a partir do balanço energético do sistema fechado a ser,

∆ E ˙ s i s t e m a = E ˙ e n t r a - E ˙ s a i

∆ U = E ˙ s a i

∆ U = - W b , s a i

m ( u 2 - u 1 ) = - E e x p

E e x p = m ( u 1 - u 2 )

Onde,

m = V v 1 = 0,080   m 3 0,001177 m 3 k g = 67,99   k g

Substituindo na expressão,

E e x p = m ( u 1 - u 2 ) = ( 67,99 k g ) ( 906,12 - 811,83 )   k J / k g = 6410   k J

O que é equivalente a,

m T N T = 6410   k J 3250 k J k g = 1,972   k g   T N T

Resposta

m T N T = 1,972   k g   T N T

Ver Outros Exercícios desse livro

Exercícios de Livros Relacionados

A temperatura na superfície interna do vidro de uma janela é 20 ° C e a temperatura da superfície externa do mesmo vidro é 2 ° C . Sabendo que a taxa de transferência de calor no vidro é 200W e que o
Considere que as temperaturas dos reservatórios térmicos da máquina descrita no Prob. 7.25 são iguais a 1200 K e 400K . Analise os quatro casos descritos no problema com a desigualdade de Clausius.
Considere a água como fluido de trabalho. Determine o valor da entropia específica para cada um dos estados fornecidos e indique a posição desses estados no diagrama T - s .a. T = 250 ° C , v = 0,02m
Água líquida saturada a 20 ° C é comprimida num processo isotérmico. Determine as variações de u e s quando a pressão final do processo de compressão é igual a: a. 0,5M P a , b . 2M P a , e c. 20M P a
Determine as propriedades que faltam e a fase em que se encontra a substância. H 2 O s = 7,70 k J k gK ,p = 25k P ah = ? T = ? x = ? H 2 O u = 3400 k J k g ,p = 10M P aT = ? x = ? s = ? R - 12T = 0° C