Exercícios Resolvidos de Processo em Regime Permanente

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Enunciado

Água líquida saturada é aquecida a uma pressão constante em um dispositivo em regime permanente até atingir o estado de vapor saturado. Calcule a transferência de calor, em k J k g , quando a vaporização é realizada a uma pressão de 800   k P a .

Passo 1

O enunciado pede que a gente calcule o valor da taxa de calor por unidade de massa Q ˙ / m ˙ que a água líquida saturada a 800   k P a recebe para se transformar totalmente em vapor saturado. A figura abaixo mostra todos os dados que temos para calcular o valor de Q ˙ / m ˙ .

m ˙ e e m ˙ s são as vazões mássicas de entrada e saída da água respectivamente e P e e P s são as pressões de entrada e saída da água respectivamente. A vazão mássica de entrada m ˙ e é igual à vazão mássica de saída m ˙ s , porque a água escoa em regime permanente. Ou seja, toda massa que entra no volume de controle (marcado pela linha pontilhada) tem que sair.

m ˙ s = m ˙ e = m ˙

No próximo passo, veremos qual fórmula é usada para calcular Q ˙ / m ˙ .

Passo 2

Para calcular Q ˙ / m ˙ precisaremos usar a primeira lei para volumes de controle em regime permanente. O fato do enunciado não informar nada sobre a velocidade de entrada e de saída da água e também não informar a altitude dessas vazões de água é sinal de que a questão despreza a energia cinética e a energia potencial. Levando em conta essa simplificação, a primeira lei vira:

Q ˙ + m ˙ ⋅ h e = m ˙ ⋅ h s + W ˙

h e e h s são as entalpias específicas de entrada e saída da água respectivamente. W ˙ é a taxa de trabalho que a água realiza durante o processo de vaporização. Como o enunciado não fala nada sobre realização de trabalho de eixo W ˙ pela água, W ˙ é considerado nulo!

W ˙ = 0

Por conta disso, a primeira lei vira:

Q ˙ + m ˙ ⋅ h e = m ˙ ⋅ h s       ⟹       Q ˙ = m ˙ ⋅ h s - h e       ⟹     Q ˙ m ˙ = h s - h e

No próximo passo vamos descobrir como encontrar o valor de h e e h s para poder calcular Q ˙ m ˙ .

Passo 3

Podemos encontrar h e e h s em uma tabela de saturação de água como a tabela mostrada abaixo.

O valor de h e está na mesma linha que a pressão de 800   k P a e na mesma coluna que h l .

Ou seja, h e vale:

h e = 721,10   k J k g

O valor de h s está na mesma linha que a pressão de 800   k P a e na mesma coluna que h v !

Ou seja, h s vale:

h s = 2769,13   k J k g

Agora podemos calcular Q ˙ m ˙ .

Passo 4

Q ˙ m ˙ = h s - h e       ⟹       Q ˙ m ˙ = 2769,13 - 721,10       ⟹       Q ˙ m ˙ = 2048,03   k J k g

Resposta

Q ˙ m ˙ = 2048,03   k J k g

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