Trabalho de Termodinâmica

O motor de um pequeno veículo de lançamento não tripulado requer combustível gás propano e um oxidante oxigênio Um engenheiro mecânico foi convidado para avaliar um método de armazenamento de oxigênio a ser fornecido para o motor O oxigênio na forma líquida vai ser armazenado em um vaso isolado termicamente como mostrado na Figura 1 Essa condição requer que o oxigênio seja mantido a uma temperatura muito baixa O volume interno do tanque é de 65 litros e a pressão no tanque é inicialmente de 1 atm O oxigênio no tanque está inicialmente em um estado de duas fases sendo que o volume de oxigênio líquido no tanque é de 60 litros O motor requer oxigênio líquido a uma pressão Pmotor 25 atm para um tempo de queima tqueima 120 s O método óbvio para fornecer oxigênio para o motor é puxar líquido a partir do fundo do tanque através de uma bomba que descarrega para o motor a pressão Pmotor como mostrado na Figura 2 O processo termina quando o esvaziamento do líquido no tanque é finalizado Assumese que a pressão do tanque permanece 1 atm durante esse processo a Determine a temperatura o título e o volume específico do oxigênio no estado inicial b Determine a massa de oxigênio que permanece no tanque após a retirada de líquido através da bomba c Determine a massa e a fração decimal de oxigênio que está inicialmente contida no tanque e que é fornecida ao motor d Determine a vazão volumétrica de oxigênio na entrada de sucção da bomba assumindo que a vazão mássica do oxigênio líquido é constante durante o processo de esvaziamento 1 O aluno deverá apresentar o equacionamento utilizado O esquema para a análise simbologia das grandezas envolvidas considerações feitas e equações básicas adotadas na solução tais como balanços de massa eou energia Relacionar as considerações feitas com as simplificações das equações do modelo 2 Utilizar o software GNU OCTAVE para realização dos cálculos e construções de tabelas e gráficos 3 O aluno deverá entregar a solução manuscrita em um único arquivo em formato PDF tamanho máximo de 3MB juntamente com os arquivos executáveleis do software utilizado 4 Utilizar a versão 52 do software GNU Octave para a solução de cada problema 5 Utilizar funções resistentes do software eou estrutura de programação quando necessário 6 Apresentar comentários no script do modelo construído no ambiente do software 7 Os resultados obtidos devem ser apresentados com as devidas unidades na tecla do computador 8 Os resultados na forma de gráficos devem ser apresentados na tela do computador EXERCÍCIO Propriedades do oxigênio saturado a 1 atm Propriedade Símbolo Valor Temperatura de saturação Tsat 90 19 K Densidade líquida ρℓ 1141 kgm3 Densidade de vapor ρv 4 73 kgm3 Tabela 1 Propriedades do oxigênio saturado a 1 atm Dados do problema Vtot 65 L 0065 m3 Vℓ0 60 L 0060 m3 Vv0 Vtot Vℓ0 5 L 0005 m3 P 1 atm 101325 kPa tqueima 120 s a Estado inicial temperatura título e volume específico 1 Temperatura Tinicial Tsat1 atm 9019 K 2 Massas iniciais mℓ0 ρℓ Vℓ0 1141 0060 6846 kg mv0 ρv Vv0 473 0005 00237 kg 3 Massa total e título mtot mℓ0 mv0 6846 00237 684837 kg x mv0 mtot 00237 684837 346 104 4 Volume específico vesp Vtot mtot 0065 684837 949 104 m3kg 1 b Massa remanescente após esvaziar o líquido mrem mv0 00237 kg c Massa e fração decimal fornecida ao motor mentreg mℓ0 6846 kg fentreg mℓ0 mtot 099965 d Vazão volumétrica na sucção da bomba m mentreg tqueima 6846 120 05705 kgs V m ρℓ 05705 1141 500 104 m3s 0500 Ls Script em GNU Octave resolucaoO2m 1 2 Dados do problema 3 Vtot 0065 m3 volume total do tanque 4 Vl0 0060 m3 volume de l q u i d o inicial 5 Vv0 Vtot Vl0 m3 volume de vapor inicial 6 Patm 10 atm p r e s s o constante 7 tqueima 120 s d u r a o do esvaziamento 8 9 Propriedades do O2 saturado a 1 atm 10 Tsat 9019 K temperatura de saturado 11 rhol 1141 kgm3 densidade do l q u i d o 12 rhov 473 kgm3 densidade do vapor 13 14 15 a Estado inicial massa t t u l o e volume e s p e c f i c o 16 17 ml0 rhol Vl0 kg massa de l q u i d o 18 mv0 rhov Vv0 kg massa de vapor 19 mtot ml0 mv0 kg massa total 20 x mv0 mtot decimal t t u l o 2 21 vesp Vtot mtot m3kg volume e s p e c f i c o 22 23 E x i b i o item a 24 fprintfaEstadoinicial 25 fprintfT2fK Tsat 26 fprintfx4e4f x x100 27 fprintfvesp4em3kg vesp 28 29 30 b Massa que permanece s vapor 31 32 mrem mv0 kg 33 fprintfbMassaquepermanecenotanque4fkg mrem 34 35 36 c Massa e f r a o fornecida ao motor 37 38 ment ml0 kg 39 fent ment mtot decimal 40 fprintfcMassafornecida4fkg ment 41 fprintf F r a o fornecida5f5f fent fent 100 42 43 44 d V a z e s m s s i c a e v o l u m t r i c a 45 46 mdot ment tqueima kgs 47 Vdot Vl0 tqueima m3s 48 fprintfd V a z o m s s i c a 4fkgs mdot 3 49 fprintf V a z o v o l u m t r i c a 4em3s3fLs n Vdot Vdot 1000 50 51 52 G r f i c o volume de l q u i d o vs tempo 53 54 t linspace 0 tqueima 100 vetor tempo 55 Vl Vl0 1 ttqueima esvaziamento linear 56 figure plott Vl 57 xlabelTempos 58 ylabelV l q u i d o m3 59 titleEsvaziamentolineardo l q u i d o notempo 60 grid on Figura 1 Esvaziamento linear do volume de líquido ao longo do tempo 4