Um medidor de fluxo de Thomas é um aparelho no qual transfere-se calor com uma taxa medida de uma resistência elétrica para uma corrente de fluido, e a vazão da corrente é calculada pelo aumento de temperatura medido no fluido. Suponha que um aparelho deste tipo é colocado em uma corrente de nitrogênio, a eletricidade através da resistência é ajustada até que o medidor indica
, e a temperatura da corrente vai de
e 110 kPa antes do aquecedor até
e 110 kPa após o mesmo.
Se a entalpia específica do nitrogênio é dada pela equação:
Qual é a vazão volumétrica do gás (L/s) antes do medidor, ou seja, a
e 110 kPa ?
Se a entalpia específica do nitrogênio é dada pela equação:
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que o exercício pede. Temos um medidor de fluxo que aquece nitrogênio com 1,25 kW e faz a temperatura do gás subir de 30 °C para 34 °C, sempre a 110 kPa. A entalpia específica do nitrogênio (em kJ/kg) é dada por
O objetivo é descobrir a vazão volumétrica do gás na entrada (a 30 °C e 110 kPa), em L/s.
Conteúdo envolvido:
• Balanço de energia em regime estacionário (calor fornecido → aumento de entalpia).
• Cálculo de entalpia específica via fórmula dada.
• Lei dos gases ideais para achar densidade do nitrogênio.
• Conversão de vazão mássica em volumétrica.
• Balanço de energia em regime estacionário (calor fornecido → aumento de entalpia).
• Cálculo de entalpia específica via fórmula dada.
• Lei dos gases ideais para achar densidade do nitrogênio.
• Conversão de vazão mássica em volumétrica.
Passo 2
Calcular a variação de entalpia específica,
, entre 30 °C e 34 °C.
Aplicando a fórmula
temos
Logo,
Passo 3
Fazer o balanço de energia para achar a vazão mássica
.
Em regime estacionário, toda a potência elétrica vira acréscimo de entalpia:
Aqui
. Então
Passo 4
Calcular a densidade do nitrogênio na entrada usando a lei dos gases ideais:
Para
,
.
Condições de entrada:
,
.
Então
Então
Passo 5
Transformar vazão mássica em volumétrica:
Convertendo para L/s (1 m³/s = 1000 L/s):
Resposta
A vazão volumétrica antes do medidor é aproximadamente