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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 87

Um aquecedor de água de alimentação aberto aquece a água de alimentação misturando-a com vapor quente. Considere uma central elétrica com um aquecedor de água de alimentação

aberto que mistura 0,1 lbm/s de vapor a 10 psia e 200 °F com 2,0 lbm/s de água de alimentação a 10 psia e 100 °F para produzir água de alimentação a 10 psi e 120 °F na saída. O diâmetro do tubo de saída é 0,5 pé. Determine a vazão mássica e a velocidade da água de alimentação na saída. Os valores da vazão de saída e velocidade seriam significativamente diferentes se a temperatura na saída fosse de 180 °F?

Passo 1

Aplicando o balanço de massa para achar a massa que sai:

  m 1   ˙ +   m 2 ˙ = m 3 ˙

Aqui, o fluxo máxico na entrada 1 é v 1 , fluxo máxico na entrada 2 é m 2 ˙ e o fluxo máxico de saída m 3 ˙ .

Do enunciado, pegamos os valores de   m 1 ˙ = 0,1   l b m / m e m 2 ˙ = 2   l b m / m :

0,1 + 2,0 = m 3 ˙ m 3 = 2,1 l b m m

Portanto, o fluxo máxico é de 2,1   l b m / s

Passo 2

Obtendo as propriedades do vapor a 10psi e 200º F na tabela A-4E (líquido-vapor saturado)

v 3 = v f = 0,0162   p é s 3 / l b m

Em que v 3 é o volume específico.

Calculando a velocidade de saída usando a equação:

V 3 = m 3 ˙ v 3 A = m 3 ˙ v 3 π D 2 2 V 3 = 4 × m 3 ˙ v 3 π D 2  

Aqui, a área do tubo é A e o diâmetro D. Substituindo m 3 ˙ = 2,1   l b m / s , v 3 = 0,0162   p é s 3 / l b m   para D.

V 3 = 4 × 2,1 × 0,0162 π × 0,5 2 = 0,1733   p é s / s e g u n d o

Passo 3

Considerando a temperatura de saída T s a í d a = 180 º F

Obtendo as propriedades do vapor a 10psi e 180º F na tabela A-4E (líquido-vapor saturado)

v 3 = v f = 0,01651 p é s 3 l b m

Calculando a velocidade de saída usado a seguinte relação:

V 3 = m 3 ˙ v 3 A = m 3 ˙ v 3 D 2    

Calculando a velocidade de saída usando a relação:

V 3 = m 3 ˙ v 3 A V 3 = 4 × m 3 ˙ π D 2

Aqui, a área do cano é A e o diâmetro do tubo é D.

Substituindo m 3 ˙ = 2,1   l m m / s   , v 3 = 0,01651   p é s / l b m e D = 0,5   p é s

V 3 = 4 × 2,1 × 0,01651 π × 0,5 2

V 3 = 0,1766   p é s / s  

Portanto velocidade de saída é 0,1766   p é s / s e g u n d o

Resposta

V 3 = 0,1766   p é s / s   .   A   v e l o c i d a d e   n ã o   s e   a l t e r a   s i g n i f i c a t i v a m e n t e

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