(Felder, p. 351, q. 6) Ar a
e 130 kPa flui através de uma tubulação horizontal com diâmetro interno (DI) de 7 cm à velocidade de
.
a) Calcule
admitindo comportamento de gás ideal
.
b) Se o ar é aquecido a
a pressão constante, qual é
? R:
.
c) Por que seria errado dizer que a taxa de transporte de calor para o gás na Parte (b) deve ser igual à taxa de mudança da energia cinética? R: Resposta por conta do (a) discente.
a) Calcule
b) Se o ar é aquecido a
c) Por que seria errado dizer que a taxa de transporte de calor para o gás na Parte (b) deve ser igual à taxa de mudança da energia cinética? R: Resposta por conta do (a) discente.
Passo 1
O enunciado dá ar tratado como gás ideal a
(
),
, diâmetro interno
e velocidade
. Pede-se a taxa de energia cinética
em que a vazão mássica é
Para a parte (b) o ar é aquecido a
(
) à pressão constante, mas com mesma vazão mássica; daí muda a velocidade e, consequentemente,
.
Passo 2
Calculamos a área interna do tubo e a vazão mássica a
:
Passo 3
Com isso a energia cinética transportada por segundo a
é
Passo 4
Na parte (b), a pressão e a vazão mássica permanecem constantes, mas ao aquecer para
a velocidade sobe para
Passo 5
Logo a nova taxa de energia cinética é
e a variação pedida é
Passo 6
Não faz sentido igualar diretamente a taxa de calor fornecido à variação da energia cinética porque, ao aquecer o gás, grande parte da energia vai para aumentar a energia interna (e o trabalho de fluxo), não apenas a energia cinética. A variação de entalpia domina no balanço térmico, enquanto a mudança na energia cinética é só um efeito secundário.
Resposta
a)
b)
c) Porque o calor adicionado altera principalmente a energia interna (entalpia) e o trabalho de fluxo, não somente a energia cinética.
b)
c) Porque o calor adicionado altera principalmente a energia interna (entalpia) e o trabalho de fluxo, não somente a energia cinética.