Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 94
Dois fluxos de massa do mesmo gás ideal são misturados
em uma câmara com escoamento em regime permanente enquanto recebem energia por transferência de calor da vizinhança. O processo de mistura ocorre a uma pressão constante, sem interação de trabalho e com variações desprezíveis nas energias ciné-
tica e potencial. Considere que o gás possui calores específicos
constantes. (a) Determine uma expressão para a temperatura final da mistura,
considerando a taxa de transferência de calor para a câmara de mistura e a vazão mássica na entrada e na saída. (b) Obtenha uma expressão para a vazão volumétrica na saída da
câmara de mistura considerando as vazões volumétricas dos dois fluxos de entrada e da taxa de transferência de calor para a câmara de mistura. (c) Para o caso especial de mistura adiabática, mostre que a vazão volumétrica na saída é a soma das duas vazões volumétricas
na entrada.
Passo 1
Dado que o sistema tem duas entradas e apenas uma saída
O fluxo mássico e a entalpia do fluido na entrada 1 são respectivamente e
O fluxo mássico e a entalpia do fluido na entrada 2 são respectivamente e
O fluxo mássico e a entalpia do fluido na entrada 3 são respectivamente e
Câmaras geralmente não envolvem nenhum tipo de trabalho (. Além disso, as variações de energia potencial e cinética dos fluidos são desprezíveis
Passo 2
- Aplicando o balanço de massa para a câmara:
Aplicando o balanço de energia para a câmara:
Portanto, a temperatura final da mistura é
Passo 3
(b) Para os gases ideais, vale a relação:
A vazão volumétrica na saída é
A vazão volumétrica na saída é
Substituindo o valor de obtemos:
Passo 4
O processo de mistura acontece a pressão constante: . Portanto torna-se:
Portanto o volume final é
Passo 5
(c) Para um processo adiabático, Portanto
Portanto a vazão volumétrica na saída é