Água líquida a 60 bar e
passa através de uma válvula de expansão adiabática, saindo a uma pressão
e uma temperatura
. Se
é suficientemente baixa, parte do líquido evapora.
Se você leva em conta
na Parte (a), como seria o valor da temperatura de saída calculada em comparação com o valor determinado? E sobre o valor calculado de yv? Explique. R: Resposta por conta do (a) discente.
Se você leva em conta
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está falando. Temos água líquida a 60 bar e 250°C passando por uma válvula de expansão adiabática. A pressão de saída é Pf e a temperatura de saída é Tf. Quando Pf é bem baixa, parte da água pode virar vapor, ou seja, ocorre evaporação. A matéria aqui envolve termodinâmica, especificamente o processo de expansão adiabática e balanço de energia. Para resolver isso, vamos precisar usar a equação de balanço de energia para sistemas abertos e entender como a variação na energia cinética afeta a temperatura e a qualidade do vapor (yv).
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar da equação de balanço de energia para um processo adiabático em uma válvula de expansão. Adiabático significa que não há transferência de calor com o ambiente, então Q = 0. A equação geral de energia para um sistema aberto é:
Como estamos lidando com uma válvula, assumimos que não há trabalho realizado (
) e não consideramos a variação de energia potencial (
). Então, a equação simplifica para:
Aqui,
representa a variação na energia cinética.
Passo 3
Agora, vamos focar na variação da energia cinética (
). Se a velocidade do fluido aumenta ou diminui durante a expansão, isso afetará a entalpia total do sistema. Supondo que a velocidade do fluido na saída seja diferente da entrada, precisamos levar isso em conta para calcular a temperatura de saída Tf.
Sem considerar a variação na energia cinética, podemos erro na estimativa de Tf porque parte da energia interna do fluido está sendo usada para acelerar ou desacelerar o fluxo, o que não foi contabilizado previamente.
Passo 4
Então, se incluirmos
no balanço de energia, a temperatura de saída Tf será diferente do que calcularíamos sem considerar essa variação. Especificamente, se houver um aumento na energia cinética (
), a entalpia do fluido diminuirá para conservar a energia total, resultando em uma temperatura de saída menor do que a calculada sem essa consideração.
Passo 5
Sobre o valor calculado de yv, que representa a qualidade do vapor (a fração de vapor no fluido misto líquido-vapor), ao incluir
, teremos que parte da energia que seria usada para vaporizar o líquido está sendo utilizada para a variação de energia cinética. Isso significa que menos energia está disponível para a evaporação, resultando em um yv menor do que o calculado sem considerar
.
Resposta
Ao considerar
na análise, a temperatura de saída Tf calculada será menor do que a determinada sem essa consideração. Além disso, o valor calculado de yv será também menor, indicando uma menor fração de vapor no fluido de saída.