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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 70

Um bisturi criogênico é resfriado com   N 2 líquido. O fluido entra no bisturi a 90   K e 400   k P a e o deixa a 160   K e 400   k P a . Determine a taxa de transferência de calor específica para o nitrogênio neste processo. A área da seção transversal da linha de retorno de nitrogênio é 100   v e z e s maior do que àquela da linha de alimentação. Qual é a razão entre as velocidades de retorno e de alimentação de nitrogênio?

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

Como não foi mencionado nenhum dado relacionado a velocidade e altura, devemos desconsiderar as variações de energia cinética e potencial, a transferência de calor especifica necessária é dada por:

q = h 2 - h 1

Analisando as tabelas de propriedades termodinâmicas para o nitrogênio, temos que:

No estado de entrada, 90   K e 400   k P a :

h 1 = - 95,58   k J / k g

v 1 = 0,001343   m 3 / k g

No estado de saída, 160   K e 400   k P a :

h 2 = 162,96   k J / k g

v 2 = 0,11647   m 3 / k g

Passo 2

Agora é só calcular:

q = h 2 - h 1

q = 162,96 - - 95,58

q = 258,5   k J / k g

Queremos também a razão entre as velocidades de retorno e de alimentação, ou seja:

V 2 V 1

Essa relação pode ser encontrada a partir da equação da continuidade:

V 2 V 1 = A 1 A 2 v 2 v 1

V 2 V 1 = A 1 100 A 1 0,11647 0,001343

A razão será:

V 2 V 1 = 0,867

Resposta

q = 258,5   k J / k g

V 2 V 1 = 0,867

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