Hélio em regime permanente entra em um tubo com uma vazão mássica de 8 kg/s a 427 °C e 100 kPa, saindo a 27 °C. A pressão durante o processo, considerada constante, é de 100 kPa. (a) Determine a transferência de calor para o processo, em kW. (b)Determine a vazão volumétrica do hélio na saída do tubo, em m³ /s.

Entendendo o problema:

O processo deste problema consiste no escoamento de gás hélio num tubo, em condições de regime permanente. Na entrada do tubo é conhecida a pressão e a temperatura do gás além da vazão mássica. Na saída, é conhecida somente a temperatura. Durante o escoamento pelo tubo, o gás cede calor, sendo portanto resfriado. O problema pede a taxa de transferência de calor, bem como a vazão volumétrica na saída. O volume de controle adotado é o interior do tubo, pelo qual o gás escoa. A seguir temos dois dados importantes a respeito do gás em questão.

Dados tabelados:

• Constante para o gás :
• Calor específico à pressão constante:

O processo de escoamento ocorre à pressão constante, de valor conhecido. Como o fluxo de massa não se divide, ou seja, há somente uma entrada e uma saída, a taxa mássica é igual para ambas. Como dito anteriormente, o processo ocorre em regime permanente, e o balanço de energia se dá por:

Em que são as respectivas entalpias na entrada e saída do tubo. Assim:

Uma vez que o processo ocorre à pressão constante, as respectivas entalpias podem ser representadas como produto do calor específico à pressão constante pela temperatura. Assim: