Uma panela de pressão opera a 150 kPa (pressão absoluta) e tem um volume total de 4 L. Após 40 minutos de operação da panela, com liberação constante de vapor, observa-se que o nível de líquido no seu interior decresceu 600 mL . A área da seção transversal do orifício da panela por onde sai o vapor é
. Determine:
b) a taxa de saída de energia da panela na forma de vapor. (
)
b) a taxa de saída de energia da panela na forma de vapor. (
Passo 1
Beleza, olha só o que temos: uma panela de pressão a 150 kPa (absoluta) com volume total de 4 L. Depois de 40 min liberando vapor, o nível de líquido cai 600 mL. A saída de vapor rola por um orifício de área 8 mm².
Conteúdo: Termodinâmica de fluxo de massa e energia (entalpia).
O que vamos precisar:
Conteúdo: Termodinâmica de fluxo de massa e energia (entalpia).
O que vamos precisar:
- Calcular a vazão mássica de água que virou vapor.
- Pegar na tabela de água a entalpia do líquido (inicial) e do vapor saturado a 150 kPa.
- Usar a equação de taxa de energia pela entalpia: $ \dot Q = \dot m,(h_{\rm vapor} - h_{\rm líquido}) $.
Passo 2
Primeiro, a vazão mássica
.
– Volume de líquido perdido: .
– Densidade da água líquida (aprox. à temperatura ambiente): .
– Tempo de operação: .
Então
– Volume de líquido perdido:
– Densidade da água líquida (aprox. à temperatura ambiente):
– Tempo de operação:
Então
Passo 3
Agora precisamos das entalpias:
– : entalpia do líquido inicial (vamos supor água a 20 °C); da tabela
.
– : entalpia do vapor saturado a 150 kPa. Pela tabela de vapor de água a 150 kPa (T≈111,35 °C)
.
A variação de entalpia por quilo é
–
–
A variação de entalpia por quilo é
Passo 4
Por fim, a taxa de saída de energia em forma de vapor é
Aproximando direitinho pelos valores das tabelas, dá 0,64 kW, que é o que o exercício pede.
Resposta
A taxa de saída de energia da panela na forma de vapor é aproximadamente 0,64 kW.