exercícios primeira lei sistemas abertos

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Exercícios sobre análise de volume de controle para sistemas abertos
(Aplicação da 1ª lei da termodinâmica a sistemas abertos)
ZEA0466 – Termodinâmica – 2S2022 – Profa Samantha C Pinho
1) Construiu-se um dispositivo composto de um evaporador que gera vapor para acionar uma turbina. Água a alta pressão, 1,5 MPa e 180º C, é estrangulada num evaporador instantâneo adiabático, de modo a obter líquido e vapor a pressão de 400 kPa. O líquido sai pela parte inferior do evaporador, enquanto vapor é retirado pela parte superior para alimentar a turbina. O vapor sai da turbina a 10 kPa e com título igual a 90%. Sabendo que a turbina produz uma potência de 1 MW, qual a vazão necessária de água, em kg/h, que deve ser fornecida ao evaporador?
O que é uma turbina a vapor? 
Como funciona uma turbina a vapor? 
evaporador
turbina
(1)
P1 = 1,5 MPa
T1 = 180◦ C
=?
(2)
P2 = 400 kPa
(3)
P3 = 400 kPa
Líquido saturado
(4)
P4 = 10 kPa
x = 0,90
=1 MW
2) A Figura a seguir mostra o esquema de um trocador de calor utilizado para resfriar ar, a pressão constante e igual a 1 MPa, de 800 a 360 K. A água de resfriamento entra no equipamento a 15º C e 0,1 MPa. Se a água deixa o trocador como vapor saturado, calcule a relação entre as vazões de água e ar .
Saída de ar
Entrada de água
Saída de água
Entrada de ar
Como funciona um trocador de calor casco e tubos? 
3) Vapor d´água entra em um bocal convergente-divergente operando em estado estacionário com P1 = 40 bar, T1 = 400º C e velocidade de 10 m/s. O vapor escoa através do bocal com transferência de calor desprezível e sem variação significativa de energia potencial. Na saída, P2 = 15 bar e a velocidade é 665 m/s. A vazão mássica é 2 kg/s. Determine a área de saída do bocal, em m2.
4) O fluido refrigerante R-134a entra no compressor de um sistema de refrigeração a 200 kPa e -10º C e sai a 1,0 MPa e 70º C. A vazão é de 0,015 kg/s e a potência de acionamento do compressor é 1 kW. Após escoar pelo compressor, o R-134 entra num condensador, resfriado a água, a 1,0 MPa e 60º C e sai como líquido a 0,95 MPa e 35º C. A água de resfriamento entra no condensador a 10º C e sai a 20º C. Determinar:
	(a) A taxa de transferência de calor do compressor.
	(b) A vazão de água de resfriamento no condensador.
.
compressor
(2) (3)
P2/3 = 1,0 MPa
(1)
R134a
P1 = 200 kPa
T1 = -10◦ C
= 0,015 kg/s
=1 kW
condensador
T2= 70◦ C
T3= 60◦ C
(4)
Água 
T4 = 10◦ C
(5)
Água 
T5 = 20◦ C
(6)
R134a
P6 = 0,95 MPa
T6 = 35◦ C