Enunciado
Termodinâmica - Sonntag, R.E. e Borgnakke, C. -Fundamentos da Termodinâmica- Ed: 1º - Capítulo 9.Problemas - Ex. 5
Considere o projeto de um bocal onde nitrogênio gasoso, escoando em um tubo a 500 kPa e 200°C e com uma velocidade de 10 m/s, deve ser expandido para produzir uma velocidade de 300 m/s. Determine a pressão de saída e a área da seção transversal de saída do bocal, se a vazão mássica é de 0,15 kg/s e a expansão é reversível e adiabática.
Passo 1
Fala pessoal, tudo certinho? vamos responder mais uma questão, então prepara o material e vamos responder!!
Primeiramente, vamos anotar as informações dadas no enunciado
O que é requerido é a pressão de saída e a área da seção transversal , então vamos calcular!!
Passo 2
Vamos obter os dados acerca do nitrogênio gasoso
Agora vamos usar a equação de energia para calcular a variação de entalpia específica
Manipulando os termos, nós obtemos o seguinte resultado
Substituindo os valores,
A variação de entalpia específica também pode ser calculada usando a capacidade de calor específico e a variação de temperatura. Dessa expressão algébrica vamos extrair a temperatura na saída:
Substituindo os valores, nós temos que
Com esta temperatura podemos calcular a pressão de saída usando equações para um processo adiabático reversível
Fazendo a substituição de valores,
Logo, a pressão de saída é igual a
Passo 3
Para calcular a área da seção transversal primeiro vamos calcular o volume específico usando a lei dos gases ideais
Isolando a velocidade
Substituindo os valores, nós temos que
Finalmente vamos calcular a área da seção transversal
Substituindo os valores, nós obtemos que
Logo, a área será igual a