7-206 La explosión de un recipiente de agua caliente en una escuela en Spencer, Oklahoma, en 1982, mató a 7 personas e hirió a otras 33. Aunque el número de tales explosiones ha disminuido drásticamente desde el desarrollo del Código de Recipientes a Presión de la ASME, que exige que los recipientes se diseñen para resistir cuatro veces la operación normal de operación, todavía ocurren como resultado de fallas de las válvulas de alivio de presión y de los termostatos. Cuando un recipiente lleno de un líquido a alta presión y alta temperatura se rompe, la caída repentina de la presión del líquido al valor atmosférico hace que parte del líquido se vaporice instantáneamente y por lo tanto experimente un enorme aumento de volumen. La onda de presión resultante, que se propaga rápidamente, puede causar daño considerable.
Considerando que el líquido presurizado en el recipiente llega finalmente al equilibrio con su entorno poco después de la explosión, el trabajo que un líquido presurizado haría si se le permitiera expandirse reversible y adiabáticamente hasta la presión del entorno se puede considerar como la energía explosiva del líquido presurizado. Debido al periodo muy corto de la explosión y a la calma aparente posterior, el proceso de explosión se puede considerar adiabático, sin cambios en las energías cinética y potencial y sin mezcla con el aire. Considere un recipiente de agua caliente de 80 L que tiene una presión de trabajo de 0.5 MPa. Como resultado de algún mal funcionamiento, la presión en el recipiente se eleva a 2 MPa, en cuyo punto estalla el recipiente. Tomando la presión atmosférica como 100 kPa y suponiendo que el líquido en el recipiente está saturado en el momento de la explosión, determine la energía total de explosión del recipiente en términos de la equivalencia de TNT. (La energía de explosión del TNT es alrededor de 3 250 kJ/kg, y 5 kg de TNT pueden provocar la destrucción total de estructuras no reforzadas dentro de un radio de alrededor de 7 m.)
7-207 Usando los argumentos del problema 7-206, determine la energía total de explosión de una bebida enlatada de 0.35 L que explota a una presión de 1.2 MPa. ¿A cuántos kilogramos de TNT equivale esta energía de explosión?