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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 3.Problemas - Ex. 103

Um recipiente contém nitrogênio líquido a 100   K e apresenta área de seção transversal igual a 0,5   m 2 (Fig. P3.103). Devido a transferência de calor ao nitrogênio, parte do líquido evapora e em 1   h o r a o nível de líquido no recipiente baixa 30   m m . O vapor que deixa o recipiente passa através de um aquecedor e sai a 500   k P a e 260   K . Calcule a vazão em volume de gás descarregado do aquecedor.

Passo 1

Bora galera que essa questão tem uma aplicação legal!

Precisamos determinar o fluxo volumétrico do nosso aquecedor operando por 1 hora.

Para determinar fluxo volumétrico nada mais é que a multiplicação do fluxo de massa pelo volume de saída.

V ˙ = m ˙ ∙ v s a í d a

Para determinar cada uma dessas variáveis utilizaremos algumas tabelas, vamos lá?

Passo 2

Vamos encontrar o fluxo de massa de saída.

Temos que a variação de volume é dada pela área do recipiente vezes pela altura que redução.

Δ V = A ∙ Δ h = 0,5 ∙ 0,03 = 0,015   m 3

A gora tem oque analisar oque desse volume é vapor e o que é líquido, pois temos uma mistura.

Passo 3

Olhando na tabela B . 6.1 , com a temperatura de 100   K , temos os seguintes volumes:

v L = 0,001452   m 3 / k g

v V = 0,031216   m 3 / k g

Com os volumes em mãos podemos saber quanto de massa pertence para cada fase. Pois, única fase que saí é a do vapor.

Δ m L = Δ V v L = 0,015 0,001452 = 10,3306   k g

Δ m V = Δ V v V = 0,015 0,031216 = 0,4808   k g

Logo a massa de saída é:

m s a í d a = m L - m V = 10,3306 - 0,4808  

m s a í d a = 9,85   k g  

Aplicando a fórmula do fluxo de massa:

m ˙ = m t = 9,85 60   m i n

Passo 4

A gora precisamos saber o volume de saída:

v s a í d a = Δ V m s a í d a = 0,015 9,85 = 0,15385   m 3 / k g

Passo 5

Aplicando a fórmula de fluxo, temos:

V ˙ = m ˙ ∙ v s a í d a

V ˙ = 9,85 60   m i n ∙ 0,15385 = 0,02526   m 3 / m i n

Resposta

V ˙ = 0,02526   m 3 / m i n

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