O vapor dágua entra em um bocal isolado a uma pressão de 30 bar, temperatura de
e uma velocidade de
. Na saida do bocal, foi verificado com um manômetro uma pressão de 10 bar e a temperatura de
. A vazão mássica é de
. Desprezando a energia potencial do sistema, determine: (Pontos 3,5)
Velocidade em
, na saída do bocal.
Velocidade em
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
Conteúdo que vamos usar: balanço de energia para escoamento estacionário (1ª lei da termodinâmica em sistema aberto), onde a equação básica é
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:
logo
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
bar e °C, a entalpia é, por exemplo, - Em
bar e °C, a entalpia é cerca de
Passo 4
Só falta botar na equação e achar
. Primeiro, convertemos tudo pra
:
A equação cinética fica:
Substituindo
:
Resposta
A velocidade do vapor na saída do bocal é de aproximadamente 790 m/s.