Exercício Avaliativo 2 - Balanços de Massa e Energia e Tabelas de Vapor (1)

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CENTRO UNIVERSITÁRIO NEWTON PAIVA 
CURSOS DE ENGENHARIA QUÍMICA E ENGENHARIA MECÂNICA 
TERMODINÂMICA – EXERCÍCIO AVALIATIVO 2 
TABELAS DE VAPOR E BALANÇO DE MASSA E ENERGIA 
Sugestão: antes de fazer esta lista de exercícios, faça uma revisão nas notas de 
aula e nos exemplos resolvidos em sala. 
 
Prazo de Entrega: 26/09/2021, via portal Canvas. 
Solução de Dúvidas na Aula de 24/09/2021. 
 
1) 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). 
Considere a massa molecular do ar igual a 28,84 
g/mol. 
 
2) Um frasco rígido de volume total 5 m³ contém 
inicialmente uma mistura de líquido saturado 
e de vapor saturado na pressão de 8,0 bar. O 
volume inicial ocupado pelo vapor saturado é 
de 4,9 m³ e o volume inicial ocupado pelo 
líquido saturado é de 0,1 m³ (veja a figura). Um 
sistema de aquecimento transfere calor para o 
frasco até que todo o frasco seja ocupado por 
vapor saturado, em uma determinada pressão. 
Com base nestas informações, no uso da tabela 
de vapor para a água e no balanço de energia 
para um sistema fechado, determine: 
a) As massas de líquido saturado e de líquido 
saturado no estado inicial em kg. Sugestão: 
utilize os volumes específicos tabelados para 
líquido saturado e vapor saturado a 8,0 bar; 
b) O título inicial da mistura em %; 
c) A pressão no estado final em bar; 
d) As energias internas específicas do estado 
inicial e do estado final (u
1
 e u
2
, em kJ/kg); 
e) O calor total transferido (Q), em kJ. 
 
Respostas: 
a) Massa de líquido = 89,71 kg; Massa de vapor = 20,38 kg 
b) 18,51% 
c) 43,70 bars; 
d) u1 = 1064 kJ/kg; u2 = 2600 kJ/kg 
e) Q = 169104 kJ 
3) Ar como gás ideal na pressão 10 bar e 
temperatura 47 ºC entra em um bocal isolado e 
sai com pressão 4,5 bar, em uma temperatura 
especificada. A velocidade de entrada vale 15 
m/s, ao passo que a velocidade de saída é de 275 
m/s. A vazão volumétrica do ar na entrada vale 
0,2 m³/s. Determine: 
a) A temperatura do estado final em ºC; 
b) As áreas de entrada e de saída, ambas em m². 
No balanço de energia para um bocal isolado em 
regime permanente, temos a seguinte relação: 
ℎ2 − ℎ1 =
𝑉1
2
2000
−
𝑉2
2
2000
 
sendo h
1
 e h
2
 as entalpias de entrada e saída, 
respectivamente. Utilize a equação acima no cálculo 
da temperatura do estado final (item a). Atenção 
para as unidades!!! 
Nota: consulte as entalpias para o ar na tabela de 
propriedades ideais para o ar, tabela A-22. 
Resp: a) T
2
 = 9,55 ºC; b) A
1
 = 133 cm² e A
2
 = 14,27 cm²