Enunciado

Amônia entra em um volume de controle que opera em regime permanente a p 1 = 16   b a r  

e   T 1 = 32 ° C , com vazão mássica de 1,5 kg/s. Vapor saturado a 6 bar passa por uma segunda saída com uma vazão volumétrica de 0.10 m 3 / m i n . Determine

  1. O diâmetro mínimo do tubo de entrada, em cm, de modo que a velocidade da amônia não exceda 18 m/s na entrada.
  2. A vazão volumétrica do vapor saturado na saída em m 3 / m i n .

Passo 1

  1. Calcularemos do diâmetro da entrada, escrevendo a seguinte expressão de área da entrada.
  2. A 1 = m ˙ 1 v 1 V 1

    Onde,

    A 1 é a área de entrada.

    m ˙ 1 é a taxa de fluxo de massa da amônia na entrada.

    v 1 é o volume especifico de amônia na entrada.

    V 1 é a velocidade da amônia na entrada.

    π d 1 2 2 = m ˙ 1 v 1 V 1

    d 1 = 2 m ˙ 1 v 1 V 1 π                 ( 1 )

    Encontraremos o valor do volume especifico da amônia correspondente a pressão 16 bar é a temperatura da é a temperatura da 32°C. Tabela A-14 “Propriedades da Amônia Saturada (Líquido-Vapor): Tabela de pressão”

    v 1 = 1.6687 × 10 - 3 m 3 / k g

    Iremos substituir

    1.5   k g / s   por   m ˙ 1

    1.6887 × 10 - 3 m 3 / k g por v 1

    18   m / s por V 1

    d 1 = 2 m ˙ 1 v 1 V 1 π

    d 1 = 2 ( 1.5 k g / s ) ( 1.6887 × 10 - 3 m 3 / k g ) ( 18 m / s ) π

    d 1 = 0.01339   m

    Portanto, o diâmetro mínimo de entrada será de 0.01339   m

    Passo 2

  3. Aplicando a equação para a conservação de massa

m ˙ 1 = m ˙ 2 + m ˙ 3

m ˙ 3 = m ˙ 1 - m ˙ 2

Calcule a vazão volumétrica de amônia da terceira saída

Q 3 = v 3 m ˙ 1 - A 2 V 2 v 2             ( 2 )

Encontraremos o volume específico de amônia no estado líquido saturado e no estado de vapor saturado correspondente á pressão da 6 bar, Tabela A-14”Propriedades da amônia Saturada (Líquido-Vapor): Tabela de pressão”.

v f = 1.5982   × 10 - 3 m 3 / k g

v g = 0.2104   m 3 / k g

Substitua todos ao valores acima na equação acima (2).

Q 3 = v 3 m ˙ 1 - A 2 V 2 v 2

Q 3 = 0.2104 1.5 × 60 1 - 0.10 1.5982 × 10 - 3

Q 3 = 5.771   m 3 / m i n

Portanto, a taxa de fluxo volumétrico do vapor saturado que sai será de 5.771   m 3 / m i n .

Resposta

Portanto, a taxa de fluxo volumétrico do vapor saturado que sai será de 5.771   m 3 / m i n .

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