Cópia de 3 Estágio - Lista de Exercícios Termo - Cap. 4

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EXERCÍCIOS DE TERMODINÂMICA - II 
Disciplina: Termodinâmica Geral 
Profa. Rucilana Cabral 
2016.1 
Aluno: _____________________________________________ Matrícula: ___________ 
Aluno: _____________________________________________ Matrícula: ___________ 
 
Capítulo 4 – Análise do Volume de Controle Utilizando Energia 
1. O vapor d’água entra em uma turbina operando em regime permanente com 
uma vazão mássica de 4600 kg/h. A turbina desenvolve uma potência de 1000 kW. Na 
entrada, a pressão é 60 bar, a temperatura é 400ºC e a velocidade é 10m/s. Na saída, a 
pressão é 0,1 bar, o título é 0,9 (90%) e a velocidade de 30 m/s. Calcule a taxa de 
transferência de calor entre a turbina e a vizinhança em kW. 
 
2. Uma bomba em regime permanente conduz água de um lago, com uma vazão 
volumétrica de 0,83 m3/min, através de um tubo com 12 cm de diâmetro de entrada. A 
água é distribuída através de uma mangueira acoplada a um bocal convergente1. 
 
 
 
1 Um bocal que possua parte convergente, o escoamento será acelerado subsonicamente até Mach = 1. 
A velocidade Mach é quantas vezes o corpo atingiu a velocidade do som. Em geral usa-se a aproximação 
direta de condições como pressão ao nível do mar e temperatura ambiente (próxima dos 27ºC ou 300K) 
para determinar uma velocidade do som igual a 340 m/s (ou 765 mph = 1 224 km/h) 
O bocal de saída possui 3 cm de diâmetro 
e está localizado a 10 m acima da entrada 
do tubo. A água entra a 20ºC e 1 atm, e sai 
sem variações significativas com relação à 
temperatura ou pressão. A ordem de 
grandeza da taxa de transferência de calor 
da bomba para a vizinhança é 5% da 
potência de entrada. A aceleração da 
gravidade é de 9,81 m/s2. Determine (a) a 
velocidade da água na entrada e na saída, 
ambas em m/s, e a potência requerida 
pela bomba em kW. 
 
4. (4.43) Ar se expande em uma turbina de 10 bar, 900K até 1 bar e 500K. a 
velocidade na entrada é pequena, comparada com a velocidade na saída, cujo valor é 
100 m/s. A turbina opera em regime permanente e desenvolve uma potência de 3200 
kW. A transferência de calor entre a turbina e a vizinhança, juntamente com os efeitos 
da energia potencial, é desprezível. Calcule a vazão mássica do ar, em kg/s, bem como 
a área na saída. 
5. (?) Uma turbina é alimentada com 2 Kg/s de água a 1 Mpa, 350ºC e com 
velocidade de 15 m/s. O vapor saturado é descarregado da turbina a 100 Mpa. A 
velocidade na seção de descarga é pequena. Determine o trabalho específico e a 
potência gerada pela turbina. 
 
6. (4.19) A Figura abaixo mostra uma torre de resfriamento operando em regime 
permanente. A água quente vinda de uma unidade de ar condicionado entra a 120ºF 
com uma vazão mássica de 4000lb/h. Ar seco entra na torre a 70ºF, 1 atm e com uma 
vazão volumétrica de 3000 ft3/min. Devido à evaporação no interior da torre, ar úmido 
escapa pelo topo com uma vazão mássica de 14.000 lb/h. Água líquida resfriada é 
coletada na base da torre para retornar à unidade de condicionamento de ar 
juntamente com água de reposição. Determine a vazão mássica da água de reposição, 
em lb/h. 
3. (4.4) A Figura abaixo ilustra os dados 
para um tanque de armazenamento de 
óleo bruto. O tanque inicialmente contém 
1000 m3 de óleo bruto. O óleo é 
bombeado para o tanque através de um 
tubo a uma taxa de 2 m3/min e sai do 
tanque a uma velocidade de 1,5 m/s 
através de um outro tubo com diâmetro 
de 0,15 m. O óleo bruto possui um volume 
específico de 0,0015 m3/kg. Determine: 
(a) a massa de óleo no tanque, em kg, 
após 24h e, (b) o volume de óleo no taque, 
em m3, nesse instante. 
 
7. (4.57) Um compressor bem isolado admite ar a 60ºF, 14,2 lbf/in2, com vazão 
volumétrica de 1200 ft3/min, e o comprime até 500 ºF, 120 lbf/in2. Variações das 
energias cinética e potencial entre a entrada e a saída podem ser desprezadas. 
Determine a potência do compressor, em HP, e a vazão volumétrica na saída em 
ft3/min. 
8. (4.74) Vapor a uma pressão de 0,08 bar e um título de 93,2% entra em um 
trocador de calor casco e tubo, onde se condensa no exterior de tubos nos quais água 
de resfriamento escoa, saindo como líquido saturado a 0,08 bar. A vazão mássica do 
vapor condensado é de 3,4x105 kg/h. A água de resfriamento entra nos tubos a 15ºC e 
sai a 35ºC, com uma variação de pressão desprezível. Desprezando as perdas de calor e 
ignorando os efeitos das energias cinética e potencial, determine a vazão mássica da 
água de resfriamento, em kg/h, para a operação em regime permanente. 
9. (4.100) Dióxido de Carbono (CO2) modelado como um gás ideal escoa através 
do compressor e do trocador de calor ilustrados na Figura abaixo. A potência de 
acionamento do compressor é de 100 kW. Um fluxo separado de água de resfriamento 
líquida escoa ao longo do trocador de calor. O sistema opera em regime permanente. 
As perdas de calor para a vizinhança e os efeitos das energias cinética e potencial 
podem ser ignoradas. Determine: (a) a vazão mássica de CO2, em kg/s, e (b) a vazão 
mássica da água de resfriamento, em kg/s. 
 
 
10. (4.105) Fluxos separados de vapor e ar escoam ao longo do conjunto turbina-
trocador de calor, mostrado na Figura abaixo. Os dados da operação em regime 
permanente são mostrados na Figura. A transferência de calor para o ambiente pode 
ser desprezada, assim como todos os efeitos das energias cinética e potencial. 
Determine: (a) T3, em K, e (b) a potência da segunda turbina, em kW. 
 
11. Os dados abaixo são referentes à pequena instalação de potência a vapor 
d’água mostrada na Figura seguinte. 
 
Estado 1 2 3 4 5 6 7 
P (MPa) 6.2 6.1 5.9 5.7 5.5 0.01 0.009 
T (°C) - 45 175 500 490 - 40 
H (kJ/kg) - 194 744 3426 3404 - 1.68 
 
Bons Estudos !!! 
No ponto 6, x = 0,92 e V = 200 m/s. A vazão de 
vapor d’água é de 25 kg/s. A potência de 
acionamento da bomba vale 300 kW. Os 
diâmetros dos tubos são de 200 mm do 
gerador de vapor à turbina e de 75 mm do 
condensador ao gerador de vapor. Calcule a 
potência produzida pela turbina e a 
velocidade no ponto 5. 
 
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