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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 112

Vapor de água entra em um tubo longo e horizontal comdiâmetro de entrada D1 =12cm a 2 MPa e 300 °C, a uma velocidade de 3 m/s. Mais a jusante, as condições são de 800 kPa e 250°C, e o diâmetro equivale a D2 =10 cm. Determine (a) o fluxo demassa de vapor e (b) a taxa de transferência de calor.

Passo 1

Vamos começar assumindo algumas coisas:

  1. O processo ocorre em regime permanente;
  2. As variações de energia cinética e potencial são desprezíveis;
  3. Não há interações de trabalho;

Dados:

O dados para o vapor nas condições de 2   M P a e 300 º   C da tabela A - 6 “Água, vapor superaquecido” na página 918

Volume específico: v 1 = 0,12551 m 3 k g

Entalpia específica: h 1 = 3024,2   k J / k g

Obtendo as propriedades do vapor na entrada sob as condições 800   k P a e 250 º C na mesma tabela:

Entalpia específica: h 2 = 2950,4   k J / k g

Passo 2

Vamos começar a questão obtendo os dados para o vapor nas condições de 2   M P a e 300 º   C da tabela A - 6 “Água, vapor superaquecido” na página 918

Volume específico: v 1 = 0,12551 m 3 k g

Entalpia específica: h 1 = 3024,2   k J / k g

Agora, vamos obter as pripriedades do vapor na entrada sob as condições 800   k P a e 250 º C na mesma tabela:

Entalpia específica: h 2 = 2950,4   k J / k g

Passo 3

  1. Vamos começar calculando o fluxo mássico de vapor que passa pelo tubo através da expressão:

    2. m ˙ = A 1 V 1 v 1 = π D 1 4 × V 1 v 1

    Em que A é a área de entrada do tubo, V 1 é a velocidade do vapor, D 1 é o diâmetro de entrada do tubo, v 1 é o volume específico do vapor entrando no tubo.

    Substituindo D 1 = 0,12   m V 1 = 3   m / s e v 1 = 0,12551   m 3 / k g  

    m ˙ =   π × 0,12 2 4 × 3 0,12551   = 0,27   k g / s

    Portanto, o fluxo mássico é m ˙ = 0,27   k g / s  

    Passo 4

  2. Para calcular a taxa de transferência de calor, vamos primeiro aplicar o balanço de energia:

E ˙ e n t r a d a = E ˙ s a í d a m ˙ e n t r a d a h e n t r a d a = Q ˙ + m ˙ s a í d a h s a í d a Q ˙ = m ˙ e n t r a d a h e n t r a d a - h s a í d a Q ˙ = m ˙ h 1 - h 2

Substituindo m ˙ = 0,27   k g / s , h 1 = 3024,2   k J / k g e h 2 = 2950,4   k J / k g

Q ˙ = 0,27 × 3024,2 - 2950,4 = 19,92   k J / s

Portanto, a taxa de transferência através do tubo é 19,92   k J / s

Resposta

a ) 0,27   k g / s b ) 19,92   k J / s

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