Enunciado

Um bocal é alimentado com vapor d’água, a 1   M P a e 400   ° C , e descarrega o fluido a 500   k P a e 350 ° C . Admitindo que a energia cinética do escoamento na seção de alimentação do bocal é pequena e que o processo é adiabático, determine a velocidade na seção de descarga do bocal e a área da seção de descarga do bocal.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos analisar essa questão.

Temos uma seção de entrada e uma de saída. Para os elementos da seção de entrada, representaremos pelo índice 1 . Os elementos da seção de saída, pelo índice 2 . Vamos então organizar os dados do enunciado!

Temos, para a entrada:

p 1 = 1   M P a = 10 00   k P a

T 1 = 400   ° C

Para a seção de saída:

p 2 = 500   k P a

T 2 = 3 5 0   ° C

A partir da tabela de vapor de água superaquecida, para estes estados, temos que suas entalpias específicas valem:

h 1 = 3263,88   k J / k g

h 2 = 3167,65   k J / k g

Passo 2

A partir da equação de balanço de energia, temos que:

h 1 + 1 2 V 1 2 = h 2 + 1 2 V 2 2

Como a velocidade na entrada é desprezível, consideraremos V 1 = 0 , logo:

V 2 2 = 2 h 1 - h 2

V 2 2 = 2 3263,88 - 3167,65 ⋅ 10 3   J / k g

É importante que ao realizar este cálculo a unidade da raiz esteja em J / k g para quando resolvida, termos o valor direto em m / s .

V 2 2 = 192460

V 2 = 192460

A velocidade de saída do escoamento será de:

V 2 = 438,7   m / s

Passo 3

A área é dada por:

A = m ˙ v V

Para a seção de descarga, temos que:

m ˙ = 0,1   k g / s

E:

v 2 = 0,57012   m 3 / k g

Logo:

A 2 = 0,1 0,57012 438,7

A 2 = 0,00013   m 2

Ou:

A = 1,3   c m 2

Resposta

V 2 = 438,7   m / s

A = 1,3   c m 2

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