Exercício Avaliativo 3 - Balanço de Energia em Sistemas Abertos e Fechados (1)

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CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA 
CURSOS DE ENGENHARIA QUÍMICA E ENGENHARIA MECÂNICA 
TERMODINÂMICA – EXERCÍCIO AVALIATIVO 3 
BALANÇO DE ENERGIA SISTEMAS ABERTOS E FECHADOS 
Sugestão: antes de fazer esta lista de exercícios, faça uma revisão nas 
notas de aula e nos exemplos resolvidos em sala. 
 
Prazo de Entrega: 03/10/2021, via portal Canvas. 
Solução de Dúvidas na Aula de 01/10/2021. 
 
1) Um líquido em escoamento incompressível (ρ=constante) passa, em 
regime permanente, através de um difusor de seção circular. Na 
entrada, o diâmetro é 2,5 cm e a velocidade é 2 m/s; na saída, o 
diâmetro é 5 cm. 
a) Qual a velocidade na saída? (0,5 m/s) 
b) Qual a variação de energia cinética específica no difusor (saída-
entrada)? (-1,875 J/kg) 
 
2) Propano (C3H8) entra em um bocal a 5 bars e 200 ºC, saindo com 
velocidade de 500 m/s. Em estado estacionário, determine: 
a) a temperatura de saída em ºC; 
b) A vazão volumétrica na saída para um diâmetro de saída (seção 
circular) de 2,0 cm. 
Nota 1: para um gás ideal qualquer, a variação de entalpia h1 – h2 pode ser 
calculada como: 
h1 – h2 = Cp . (T1 – T2), com as temperaturas em Celsius ou em Kelvin. 
Nota 2: faça uma consideração para a velocidade de entrada de tal forma a 
resolver este problema. 
Resp: T2 = 148,8 ºC; (AV)saída = 0,157 m³/s 
 
3) Ar entra em um volume de controle com uma entrada e uma saída a 10 
bar, 400 K e 20 m/s através de uma área de 20 cm². Na saída, a pressão 
é 6 bar, a temperatura é 345,7 K e a velocidade é 330,2 m/s. O ar se 
comporta como gás ideal. Para a operação em regime permanente, 
determine: 
a) A vazão mássica de ar em kg/s (20,81 kg/min); 
b) A área de saída em cm² (1,745 cm²). 
 
4) Uma turbina bem isolada operando em regime permanente é 
esquematizada na figura abaixo. Vapor de água entra na turbina a 3 
MPa, 400 ºC e com vazão volumétrica de 85 m³/min. Parte do vapor é 
extraída da turbina na pressão 0,5 MPa e temperatura de 180 ºC. O 
restante expande para uma pressão de 6 kPa e título 90%. A potência 
total na turbina é 11400 kW. Efeitos de energia cinética e potencial 
gravitacional podem ser desprezados. 
 
Determine: 
a) A vazão mássica de vapor de água em cada uma das saídas em kg/h (2: 
3,0843 kg/s e 3: 11,168 kg/s); 
b) O diâmetro em metros do duto em que o vapor de água é extraído, se a 
velocidade no local é 20 m/s (0,28 m). 
 
5) Refrigerante 134a entra ema câmara de flash operando em regime 
permanente como mostrado na figura a 10 bar, 36 ºC e com vazão 
mássica de 482 kg/h. Líquido saturado e vapor saturado saem do 
dispositivo em correntes separadas a uma dada pressão p. 
Transferência de calor para as vizinhanças e variações de energia 
cinética e potencial podem ser ignoradas. Determine as vazões 
mássicas das correntes de saída em kg/h se p = 4,0 bar. 
 
 
 
 
6) Dióxido de carbono gasoso é aquecido em uma tubulação com diâmetro 
de 2,5 cm. Na entrada, a pressão é 2,0 bar, a temperatura é 300 K e a 
velocidade é 100 m/s. Na saída, a pressão e a velocidade são, 
respectivamente, 0,9413 bar e 400 m/s, respectivamente. O CO2 pode 
ser tratado como gás ideal. Desprezando os efeitos de energia potencial, 
determine a taxa de transferência de calor para o gás em kW e a 
temperatura final em Kelvin (57,06 kW; 565 K). 
 
Nota: para resolver este problema, utilize a tabela de “Propriedades de 
Gás Ideal para Gases Selecionados”, tabela A-23, disponível no Canvas. 
Atenção: como esta tabela está em inglês, a vírgula é o separador de 
milhar. Exemplo: 
 
Para a temperatura 250 K, a entalpia molar do CO2 será ℎ̅ = 7,627
𝑘𝐽
𝑘𝑚𝑜𝑙
 . 
Neste caso, sete mil seiscentos e vinte e sete kJ por kmol.