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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 44

Água líquida a 180   ° C   e   2000   k P a é injetada na câmara de um evaporador instantâneo que opera a 500   k P a . Desprezando a variação de energia cinética que ocorre no processo, determine as frações em massa de líquido e de vapor na câmara do evaporador instantâneo.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

O exercício que as frações mássicas de líquido e de vapor na câmara. Bom... A partir deste questionamento, já podemos deduzir que o nosso fluido vai estar trabalhando entre estes dois estados. E podemos encontrar essas frações descobrindo o título.

Aplicando o balanço de energia, temos que:

h 1 + 1 2 V 1 2 + g Z 1 = h 2 + 1 2 V 2 2 + g Z 2

Onde:

  • h = e n t a l p i a   e s p e c í f i c a   n o   p o n t o .
  • V = v e l o c i d a d e   d e   e s c o a m e n t o   n o   p o n t o .
  • Z = c o t a   d e   a l t u r a   d o   f l u i d o   n o   p o n t o .
  • g = a c e l e r a ç ã o   d a   g r a v i d a d e .

Não ocorre variação de energia cinética no escoamento, e considerando a mesma cota de altura de análise do fluido, temos que:

Z 1 = Z 2

V 1 = V 2

Logo:

h 1 = h 2

Passo 2

Analisando a tabela das propriedades termodinâmicas para o líquido comprimido a 2000   k P a e 180 ° C , temos que:

h l = 763,71   k J / k g

Portanto a entalpia específica do sistema na entrada e saída também terá esse valor. Logo:

h 1 = h 2 = 763,71   k J / k g

Nos foi dito que o evaporador instantâneo opera a 500   k P a , portanto, analisando a tabela para agua saturada a 500   k P a , temos os seguintes valores de saturação para entalpia específica:

h l = 640 , 21   k J / k g

h v = 2108,47   k J / k g

Passo 3

Podemos notar que a nossa entalpia de trabalho que descobrimos está entre estes valores, então vamos calcular o título para saber quanto de líquido e quanto de vapor temos no fluido na câmara.

x 2 = h 2 - h l h v

x 2 = 763,71 - 640,21 2108,47

x 2 = 0,0586

Sabendo que a fração de vapor é igual ao título, temos que:

f v a p o r = 0,0586

A fração de líquido é dada pelo total menos a fração de vapor, logo:

f l i q u i d o = 1 - 0,0586

f l i q u i d o = 0,9414

Ou seja, o fluido de trabalho possui em termos mássicos muito mais liquido que vapor.

Resposta

f v a p o r = 0,0586

f l i q u i d o = 0,9414

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