Lista de Exercícios - Ciências Térmicas - Relação Pressão-Temperatura e Expansão de Vapor

T2 Ciências Térmicas EPM706 2 Ano Eng Produção Mecânica Data de entrega 17112023 até 2100 Grupo 24 Problema 1 Represente graficamente a relação pressãotemperatura de misturas bifásicas líquido vapor para a água A faixa de temperatura a ser utilizada é a do ponto triplo a 100 ºC A pressão deve ser expressa em bar e a temperatura em ºC Utilize uma escala logarítmica para a pressão e linear para temperatura Indique a metodologia de cálculos utilizada Problema 2 Vapor dágua a 23 bar 217 ºC entra em uma válvula bem isolada operando em regime permanente com uma vazão mássica de 006 kgs por um tubo de diâmetro de 127 mm O vapor se expande até 112 bar sem nenhuma variação significativa de altura Esboce graficamente a velocidade de saída em ms a temperatura de saída em ºC e a entalpia específica na saída em kJkg para 02 d1d2 4 onde d1 é o diâmetro a montante e d2 o diâmetro a jusante da válvula Indique a metodologia de cálculos utilizada Problema 3 Vapor dágua está contido em um vaso de grandes dimensões a 7 bar e 2322 ºC Conectado ao vaso por uma válvula se encontra um tanque inicialmente evacuado de volume igual a 003 m3 A válvula é aberta até que o tanque é preenchido com vapor a pressão p O enchimento é adiabático efeitos de energia cinética e potencial podem ser desprezados e o estado do vaso de grandes dimensões permanece constante a Se p 7 bar determine a temperatura final do vapor no interior do tanque em ºC e a quantidade de entropia gerada no interior do tanque em kJK b Represente graficamente as quantidades do item a em função da pressão p no intervalo de 07 a 7 bar Indique a metodologia de cálculos utilizada Problema 1 Represente graficamente a relação pressãotemperatura de misturas bifásicas líquidovapor para a água A faixa de temperatura a ser utilizada é a do ponto triplo a 100 ºC A pressão deve ser expressa em bar e a temperatura em C Utilize uma escala logarítmica para a pressão e linear para temperatura Indique a metodologia de cálculos utilizada Para elaborar o gráfico desta questão temos que utilizar a equação de Antonie onde são retirados os valores constante de A B e C das tabelas de propriedades lnP AntA AntBTAntC P pressão de vapor mmHg Máx Temperatura máxima de aplicação da Lei T Temperatura kelvin Mín Temperatura mínima de aplicação da L A183036 Tbase 100 C 37315 K B381644 C4613 log 10P A BC T A equação abaixo já está considerando a conversão para Bar P 10ABCT 000133322 Problema 2 Vapor dágua a 23 bar 217 ºC entra em uma válvula bem isolada operando em regime permanente com uma vazão mássica de 006 kgs por um tubo de diâmetro de 127 mm O vapor se expande até 112 bar sem nenhuma variação significativa de altura Esboce graficamente a velocidade de saída em ms a temperatura de saída em ºC e a entalpia específica na saída em kJkg para 02 d1d2 4 onde d1 é o diâmetro a montante e d2 o diâmetro a jusante da válvula Indique a metodologia de cálculos utilizada Pe23 bar m006 kgs Ps112 bar Te217 C d127 mm Sistemas abertos dEvcdt Qvc Wvc Σṁe he 12 Ve2 gZe Σṁshs 12 Vs2 gZs dEvcdt0 Regime Permanente ms me vazão massica de entrada é igual da saída Zs Ze Não tem diferença de altura Qvc 0 Sem perda de calor para o ambiente Ve Vs Velocidade de Entrada igual da Saída Wvc 0 Não Tem geração de Trabalho Então temos a relação de he hs Entrada Pe23 bar Te217 C ρe 8441 kgm3 he 9298 kJkg Saída Ps112 bar hs he 9298 kJkg ρs 7281 kgm3 Ts 1849 C v mρe ρs π d24 061 ms Problema 3 Vapor dágua está contido em um vaso de grandes dimensões a 7 bar e 2322 ºC Conectado ao vaso por uma válvula se encontra um tanque inicialmente evacuado de volume igual a 003 m3 A válvula é aberta até que o tanque é preenchido com vapor a pressão p O enchimento é adiabático efeitos de energia cinética e potencial podem ser desprezados e o estado do vaso de grandes dimensões permanece constante a Se p 7 bar determine a temperatura final do vapor no interior do tanque em ºC e a quantidade de entropia gerada no interior do tanque em kJK b Represente graficamente as quantidades do item a em função da pressão p no intervalo de 07 a 7 bar Indique a metodologia de cálculos utilizada TABELA A5 Propriedades de vários gases ideais a 25 ºC e 100 kPa Gás Fórmula química Peso molecular R kJkg K ρ kgm3 Cp0 kJkg K Cv0 kJkg K k CpCv Acetileno C2H2 26038 03193 105 1699 1380 1231 Água vapor H2O 18015 04615 00231 1872 1410 1327 Entrada 1 P1 7 bar P207 bar k1327 Cp1872 kJkg R04615 kJkg K T12322 C V1003 m3 P1 V1k P2 V2k ρ00231 kgm3 V2 P1V1kP21k 017 m3 T2 T1V1V2k1 2322 C m1 ρV1 000069 kg m2 ρV2 000393 kg Δs Cp lnT2T1 R lnP2P1 m2 m1 0003439 kJK Problema 1 Represente graficamente a relação pressãotemperatura de misturas bifásicas líquidovapor para a água A faixa de temperatura a ser utilizada é a do ponto triplo a 100 C A pressão deve ser expressa em bar e a temperatura em C Utilize uma escala logarítmica para a pressão e linear para temperatura Indique a metodologia de cálculos utilizada Para elaborar o gráfico desta questão temos que utilizar a equação de Antoine onde são retirados os valores constante de A B e C das tabelas de propriedades lnP AntA AntB T AntC P pressão de vapor mmHg T Temperatura kelvin Máx Temperatura máxima de aplicação da Lei Mín Temperatura mínima de aplicação da L Composto Ant A Ant B Ant C Máx Min AR Argon 152330 70051 584 94 81 BC Boron Trioxide 156991 307232 3196 84 88 BF Boron Trifluoride 158461 298232 3196 354 259 CN O Nitrogel Clorine 161609 197332 2761 264 210 CO Chloride 159515 97032 2761 284 172 CS Phosphorus Trichoride 158519 253416 4315 364 238 CL Silicon Tetrachloride 156619 253416 4315 364 238 D Deuterium 132964 15780 000 25 19 D Duterium gas 1900 1900 FH Fluorine 126500 11410 669 61 39 N Nitrogen Trifluoride 156107 135580 1597 155 101 F Sulfur Tetrafluoride 168580 46016 1350 130 134 W Sulfur Hexafluoride 193768 19476 1116 220 110 H Hydrogen Bromide 164687 124458 4786 201 184 D Hydrogen Chloride 165480 174203 7446 210 137 F Hydrogen Fluoride 160444 329491 1558 335 310 W Hydrogen Iodide 129199 510748 8605 615 215 W Hydrogen 136333 26490 319 25 14 W Water 183036 381844 4613 441 284 Δ 183036 Tmax 100 C 37315 K B 381644 C 4613 log10P A B T C T P 10 A B T C 000133322 A equição abaixo já esta considerando a conversão para Bar Problema 2 Vapor dágua a 23 bar 217 C estra em uma válvula bem isolada operando em regime permanente com uma vazão mássica de 006 kgs por um tubo de diâmetro de 127 mm O vapor se expande ate 112 bar sem nenhuma variação significativa de altura Esboce graficamente a velocidade de saída em ms a temperatura de saída em C e a entalpia específica na saída em kJkg para 02 dvds 4 onde dh e o diametro a montante e d o diametro a jusante da válvula Indique a metodologia de cálculos utilizada Sistemas abertos dEvc dt Qvc Wvc mi hi 1 2 v2 gZ mj hj 1 2 v2 gZ dEvc dt 0 Regime Permanente mi ms vazão mássica de entrada é igual da saida h i h s Não tem diferença de altura Qvc Sem perda de calor para o ambiente Wvc Não Tem geração de Trabalho Velocidade de Entrada igual da Saida Então termo a relação de hs hs Entrada Pe 23 bar Te 217 C ρ e 8441 kg m h e 9298 kJ kg Saida Pe 112 bar hs hs 9298 kJ kg ρ s 7281 kg m Ts 1049 C v 061 m s ρ e ρ s ρ e ρ s 2 Problema 3 Vapor dágua está contido em um vaso de grandes dimensões a 7 bar e 2322 C Conectado ao vaso por uma válvula se encontra um tanque inicialmente evacuado de volume igual a 003 m3 A válvula é aberta até que o tanque é preenchido com vapor a pressão p O enchimento é adiabático efeitos de energia cinética e potencial podem ser desprezados e o estado do vaso de grandes dimensões permanece constante a Se p 7 bar determine a temperatura final do vapor no interior do tanque em C e a quantidade de entropia gerada no interior do tanque em kJK b Represente graficamente as quantidades do item a em função da pressão p no intervalo de 07 a 7 bar Indique a metodologia de cálculos utilizada Entradas 1 P1 7 bar T1 2322 C V1 003 m3 TABELA A5 Propriedades de varios gases ideais a 25 C e 100 kPa Gás Formula Paso R Cp Cv k Cp Cv quimica molecular kJkg K kJkmol kJkg K kJkg K Acetileno C2H2 26036 03193 105 1699 1380 1231 Água vapor H2O 18015 04615 00231 1872 1410 1327 P2 07 bar k 1327 cp 1072 k k R 04615 K kg K1 7 bar V2 V1 P1 P2 017 m3 P1 V1 P2 V2 T2 T1 V2 V1 k1 k 2322 C m1 ρ V1 000609 kg m2 ρ V2 000393 kg s cp ln T2 T1 R ln P2 P1 m2 m1 0003439 kJ K Ds kJK