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 8 mm^2. Determine:
b) a taxa de saída de energia da panela na forma de vapor. ( 0,64 kW )

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:
  1. Calcular a vazão mássica de água que virou vapor.
  2. Pegar na tabela de água a entalpia do líquido (inicial) e do vapor saturado a 150 kPa.
  3. 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 dot m.
– Volume de líquido perdido: De.
– Densidade da água líquida (aprox. à temperatura ambiente): rho = 1000kg/m^3.
– Tempo de operação: De.
Então
dot m = De

Passo 3

Agora precisamos das entalpias:
h1: entalpia do líquido inicial (vamos supor água a 20 °C); da tabela h1approx 83,9kJ/kg.
h2: entalpia do vapor saturado a 150 kPa. Pela tabela de vapor de água a 150 kPa (T≈111,35 °C) h2approx 2684kJ/kg.
A variação de entalpia por quilo é
De

Passo 4

Por fim, a taxa de saída de energia em forma de vapor é
dot Q = dot m ,De
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.

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