O vapor dágua entra em um bocal isolado a uma pressão de 30 bar, temperatura de 360^circ C e uma velocidade de 120 m / s. Na saida do bocal, foi verificado com um manômetro uma pressão de 10 bar e a temperatura de 200^circ C. A vazão mássica é de 2,5 kg / s. Desprezando a energia potencial do sistema, determine: (Pontos 3,5)
Velocidade em m / s, na saída do bocal.

Passo 1

Beleza, o exercício diz o seguinte: vapor d’água entra num bocal isolado (adiabático) com pressão de 30 bar, temperatura de 360 °C e velocidade de 120 m/s. Na saída, a pressão é 10 bar, a temperatura 200 °C e a vazão mássica é 2,5 kg/s. Despreza-se energia potencial.
Conteúdo que vamos usar: balanço de energia para escoamento estacionário (1ª lei da termodinâmica em sistema aberto), onde a equação básica é
h1 + V1^22 ;=; h2 + V2^22
Para resolver, vamos precisar de entalpias e extraídas de tabelas de vapor, e depois isolar .

Passo 2

Teoria na prática: em regime estacionário e adiabático, sem trocas de calor nem trabalho de eixo nem variação de energia potencial, o balanço de energia por unidade de massa fica assim:
q = 0, W = 0, De
logo
h1 + V1^22 = h2 + V2^22
Isso significa que a queda de entalpia entre entrada e saída se converte em energia cinética.

Passo 3

Agora vamos buscar as entalpias nas tabelas de vapor superaquecido:
  • Em h1 approx 3114;kJ/kg bar e h2 approx 2810;kJ/kg °C, a entalpia é, por exemplo,
  • Em bar e °C, a entalpia é cerca de

Passo 4

Só falta botar na equação e achar h1 - h2 = (3114 - 2810);kJ/kg = 304;kJ/kg = 304,000;J/kg . Primeiro, convertemos tudo pra V2^22 = V1^22 + (h1 - h2) ;Longrightarrow; V2 = raizV1^2 + 2,(h1 - h2) :
V2 = raiz120^2 + 2times304,000 = raiz14,400 + 608,000 = raiz622,400 approx 790;m/s
A equação cinética fica:
Substituindo :

Resposta

A velocidade do vapor na saída do bocal é de aproximadamente 790 m/s.

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