Atps Termodinamica

ENGENHARIA DE PRODUÇÃO –

TERMODINÂMICA

ATPS (ETAPAS 1 a 3)

Campinas, 5 de Abril de 2012.

ETAPA N° 1

Passo 1 - Para que o globo gire é necessário uma força de 5N na extremidade de cada bocal, cada bocal tem o diâmetro de 0,5 cm. Qual deve ser a pressão interna do globo?

DN do bocal: 0,5 cm = 0,005m

R do bocal: m

A = π . r²

A= π. 0,0025² = 1,9635x10-5

Considerando que são 2 tubos no globo:

1,9635x10-5 x 2= 3,927 x10-5

P = F/A

P=5/3,927 x10-5 P=127.323 N/m² = 18,466 PSI

Passo 2 - Compare a pressão exercida pelo vapor d’água sobre o globo, encontrada no passo 1, e a pressão interna de um pneu de carro (30 PSI).

Fazendo a comparação entre o valor de pressão encontrado no passo anterior, com a pressão interna do pneu de um carro (30 PSI), podemos concluir que a pressão dentro do globo é menor do que a do pneu do carro.

Passo 3 – O vapor de água dentro do globo esta com uma titulação de 0,1 e adotando o valor de pressão encontrado no 1º passo qual deve ser a fração em volume ocupada pelo vapor d’água?

Considerando pressão de 18,466 PSI ≅125 kPa temos:

V= VL+x.VV V= 0,001048 + 0,1. 1,37490 V=0,138538

Passo 4 – O globo inicialmente tem vapor de água superaquecido a 90°C e os bocais se encontram vedados, qual deve ser a temperatura que o vapor atinge quando iniciamos o movimento do globo? Adote a pressão encontrada no 1°passo.

P1 /T1 = P2/T2 70,14/90 = 127,324 /T2 T2=163,77

ETAPA N° 2

Passo 1 – Com auxilio de uma tabela de vapor d’água encontre a pressão e o volume especifico dentro da panela quando á água entrar em ebulição a 120ºC.

Água em ebulição a 120 ºC

Pressão: 198,5 kPa

Vl = 0,001060

Vv = 0,89186

Passo 2 – Uma panela padrão de 5 litros é projetada para ter uma saída de vapor pela válvula principal quando atingir a pressão igual à pressão de água saturada á 120°C. A válvula tem um diâmetro interno de 0,3 cm, quais as dimensões (altura, largura e densidade) do pino na válvula principal?

Pressão da água saturada a 120 ºC = 198,5 kPa

Pressão Atmosférica = 101 kPa

Área interna da válvula = 7,068x10-6

P=(m . g)/A 97,8 = (m . 9,8)/ 7,068x10-6 6,8913x10-4 = m . 9,8 m = 7,031x10-5

Densidade ( considerando pino em Al) = 2700 Kg/m³

D= m /V 2700 = 7,031x10-5 / V V= 2,604 x10-8 m³

Considerando volume do pino (cilindro)

V= A.h 2,604 x10-8 = 7,068x10-6 x h h = 4,684 x10-3 m

DN do pino = 7,068x10-6 m

Altura do pino = 4,684 x10-3 m

Densidade do Pino

Passo 3 – A válvula de segurança tem que suportar uma força 25% maior que a força exercida sobre a válvula principal, superado esse valor ela se rompe deixando o vapor sair e consequentemente baixando a pressão interna na panela. Caso a válvula central estiver obstruída qual a temperatura da água no interior da panela imediatamente antes da válvula de segurança romper?

Explique o que aconteceria se a válvula principal e a válvula de segurança estejam obstruídas. Imediatamente após a explosão teria água dentro da panela? Justifique suas respostas.

Pressão que a válvula de segurança suporta:

198,5 + 25% = 248,125 kPa

Conforme tabela, a temperatura da água no interior da panela imediatamente antes da válvula de segurança romper é de aproximadamente 127 ºC.

Caso a válvula de segurança e a válvula principal estivessem obstruídas, o resultado após a explosão dependeria da quantidade inicial de água dentro da panela. Se a panela estivesse inicialmente com grande volume de água, ainda haveria água após a explosão. Pois, devido ao vapor ocupar maior volume que a água não seria possível a evaporação completa.

Se inicialmente a panela estivesse com pequeno volume de água restaria somente vapor após a explosão.

Passo 4 - Atualmente, esse recipiente é empregado não só nas tarefas domésticas, mas também nos hospitais (sob a forma de autoclaves para esterilizar material cirúrgico). Para essa função é necessário que o vapor atinja 150ºC, projete uma autoclave simples com a finalidade de atender as exigências mínimas de temperatura. (Calcule a pressão, dimensione