Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 42
Vapor de água a 4 MPa e 400 °C entra em um bocal em regime permanente com uma velocidade de 60 m/s, e sai a 2Mpa e 300 °C. A área na entrada do bocal é de 50 c e calor está sendo perdido a uma taxa de 75 kJ/s. Determine (a) o fluxo de massa de vapor, (b) a velocidade do vapor na saída e (c) a área na saída do bocal.
Passo 1
Em (a), como temos apenas uma entrada de vapor de água, podemos calcular o fluxo de massa de vapor utilizando as informações da entrada do bocal, ou seja, teremos um fluxo de massa a 4 Mpa e 400 °C entrando por um bocal cuja área de entrada é de 50 c.
Temos que a expressão utilizada para encontrar o fluxo de massa é dada por:
onde é a área de entrada do bocal, a velocidade do fluxo de vapor e é o volume específico do vapor de água.
Ao conferir os valores nas tabelas de vapor, encontramos que nas condições de 4 Mpa e 400 °C teremos um vapor superaquecido com um volume específico de 0,07343 e uma entalpia específica de 3214,37 kJ/kg.
Assim, ao substituirmos os valores na expressão de fluxo, temos:
Passo 2
Em (b), para encontrarmos a velocidade do vapor na saída do bocal, vamos fazer o balanço de energia utilizando o bocal como sistema, assim:
Como o bocal funciona em regime permanente, teremos que o termo , o bocal não está realizando nenhum trabalho (W = 0), também não temos uma variação de altura entre as correntes (, daí, teremos que nosso balanço de energia ficará da seguinte forma.
Temos que a variação da energia cinética nos dará a velocidade de saída do fluxo de vapor do bocal, assim:
Consultando nas tabelas as condições de saída do vapor, encontramos que ele sai do bocal um vapor superaquecido com entalpia específica de 3024,25 kJ/kg, assim, substituindo as informações no balanço de energia, temos:
Lembre de aplicar o seguinte fator de conevrsão no cálculo
Passo 3
Em (c), vamos achar a área de saída do bocal.
Como o regime é permanente, consideremos que não obtivemos um acúmulo dentro do bocal, ou seja, o fluxo de massa de entrada é o mesmo que vai sair, assim:
O volume específico do vapor superaquecido na saída do bocal é de 0,1255 , assim:
Resposta
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