Videoaula Maquinas Termicas - Exercicio Resolvido Termodinamica

CAMPUS DE ITAPETININGA Máquinas Térmicas MTEM7 Engenharia Mecânica Videoaula 5 Professor Rafael dos Santos CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 1 Considere que 1 kg de mistura de água na forma líquida e vapor na pressão de saturação de 1 MPa apresente um título igual a 80 Determine a entalpia específica da mistura Da Tabela A5 temos psat 10 MPa Tsat 17991oC hl 76281 kJkg hv 27781 kJkg hlv 20153 kJkg Determinando a entalpia específica da mistura ℎ ℎ ℎ 76281 0820153 0 1234 54 6769 CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 2 Considere uma chaleira aquecendo 21 litros de água a 20oC recebe um fluxo de calor de 135 kW do queimador do fogão Suponha que não exista dissipação de calor pela superfície da chaleira Em quanto tempo a água atingirá a temperatura de 80oC Considere c 42 kJkgK e r 1000 kgm3 Algumas considerações A chaleira está sob pressão atmosférica ou seja 1013 kPa Não há fluxo de água pela chaleira ou seja o sistema é fechado Não existe a realização de trabalho mecânico pelo sistema Sendo assim a primeira lei da termodinâmica será Sabemos que o cálculo de calor sensível é dado por CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 2 Considere uma chaleira aquecendo 21 litros de água a 20oC recebe um fluxo de calor de 135 kW do queimador do fogão Suponha que não exista dissipação de calor pela superfície da chaleira Em quanto tempo a água atingirá a temperatura de 80oC Considere c 42 kJkgK e r 1000 kgm3 Para o cálculo da massa utilizaremos o conceito de massa específica 1000 21 1 10 21 Calculando o calor fornecido durante esse aquecimento 21 42 0 1 35315 29315 1 5292 0 529200 0 Analisando dimensionalmente sabemos que 1 kW 1 kJs ou seja temos que 8 AB 8 529200 0 1350 0E F GHI J L M NOP CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 3 Uma panela de pressão tem volume de 8 litros 250 mL de água são derramados na panela a 20oC e à pressão atmosférica de 100 kPa Em seguida a panela é fechada hermeticamente e levada ao fogão O aquecimento é feito até que toda a água se transforme em vapor saturado seco Calcule a pressão no interior da panela nessa condição Para o cálculo da massa utilizaremos o conceito de massa específica 1000 025 1 10 0 025 Como a panela é fechada hermeticamente não há variação da massa e portanto a massa de vapor saturado seco será igual à massa de água adicionada na panela ou seja mv 025 kg Uma vez que o vapor irá ocupar todo o volume da panela e ele é conhecido 8 litros 0008 m3 podemos calcular o volume específico do vapor nesse estado 2 0008 025 2 0032 CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 3 Uma panela de pressão tem volume de 8 litros 250 mL de água são derramados na panela a 20oC e à pressão atmosférica de 100 kPa Em seguida a panela é fechada hermeticamente e levada ao fogão O aquecimento é feito até que toda a água se transforme em vapor saturado seco Calcule a pressão no interior da panela nessa condição Como temos duas propriedades independentes conhecidas volume específico e título vapor saturado seco c 100 podemos por meio das tabelas de vapor determinar a pressão de saturação correspondente a esse estado podemos inclusive determinar a temperatura Pela tabela A4 temos v 003279 m3kg Tsat 275oC e psat 5942 MPa Como o volume específico é muito próximo ao calculado podemos considerar que a pressão seria muito próxima à pressão de saturação correspondente a um vapor saturado que esteja a 275oC Portanto psat 5942 MPa CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 4 Considerando os dados do exemplo anterior Exemplo 3 calcule a quantidade de calor transferido para o sistema panelaágua Considere a energia interna da água a 20oC de 84 kJ Para o processo descrito no Exemplo 3 não há trabalho envolvido Portanto A energia interna específica do vapor saturado pode ser obtida pela Tabela A4 onde Para Tsat 275oC e psat 5942 MPa uv 25902 kJkg Então 025 23 25902 84 27 23 9 CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 5 O volume específico do vapor saturado seco à pressão de 100 kPa é igual a 1694 m3kg Considerando novamente a situação do Exemplo 3 se toda a água 025 kg fosse evaporada à pressão constante seria necessário que a panela tivesse um volume de 4235 litros 1694 litroskg x 025 kg Então o processo de aquecimento dessa água ainda no estado líquido começa à pressão constante até que a mistura saturada ocupe todo o volume de 8 litros da panela e a partir de então a pressão comece a subir Determine a massa de líquido e vapor na panela no momento em que a pressão começa a subir Determine também o título da mistura CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 5 Inicialmente sabemos que na saturação a 100 kPa os volumes específicos de líquido e vapor são l 0001043 m3kg e v 1694 m3kg Também sabemos que a panela tem um volume de 0008 m3 8 litros volume este que estará totalmente preenchido no momento em que a pressão começar a subir Além disso como a panela é hermeticamente fechada a massa total da mistura líquidovapor também é conhecida 025 kg Sendo assim temos as seguintes Equações que podem ser postuladas 025 23 A C C C 0008 AA A partir da definição de volume específico podemos reescrever a Equação II da seguinte maneira Q R R Q 0001043 1694 0008 WW CAMPUS DE ITAPETININGA Exemplo 5 Isolando a massa de vapor na Equação I e substituindo a mesma na Equação II teremos 025 0001043 025 1694 0008 E desenvolvendo temos 0001043 025 1694 0008 0001043 04235 1694 0008 0001043 1694 0008 04235 1692957 04155 04155 1692957 N Y IZMZ E voltando à Equação I podemos determinar a massa de vapor para o ponto da saturação estudado 025 02454 025 N Y YYZL Determinando o título 00046 025 Y YZ ab Z CAMPUS DE ITAPETININGA Até a próxima aula Nos vemos em breve Professor Rafael dos Santos rafasantos01ifspedubr