Lista7

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Lista Complementar 7
1) Vapor saturado R-134a sai do evaporador de uma bomba de calor a 10ºC, com uma
vazão mássica constante de 0,1 kg/s. Qual o menor diâmetro de tubo que pode ser usado
para que a velocidade não exceda 7 m/s? R: 0,03 m.
2) Vapor a 3 MPa, 400ºC entra em uma turbina com uma vazão volumétrica de 5 m³/s. Uma
extração de 15% da vazão mássica de entrada sai da turbina a 600 kPa, 200ºC. O restante
sai da turbina a 20 kPa com um título de 90% e velocidade de 20 m/s. Determine a vazão
volumétrica de extração e o diâmetro do tubo de saída da turbina. R: 2,658 m³/s; 4,33m.
3) Um ventilador doméstico de 0,75 m de diâmetro admite ar a 98 kPa, 22ºC e o entrega a
105 kPa, 23ºC com uma velocidade de 1,5 m/s. Qual é a vazão mássica (kg/s), a
velocidmaiade de entrada e a vazão volumétrica de saída em m³/s? R: 0,819 kg/s; 0,6627
m³/s; 1,6 m/s.
4) Um bocal adiabático recebe 0,1 kg/s de vapor a 1 MPa, 400ºC com energia cinética
negligenciável. A saída está a 500 kPa, 350ºC. Encontre a velocidade e a área da saída do
bocal. R: 438,7 m/s; 1,3 cm².
5) Vapor de amônia superaquecido entra em um bocal isolado a 20ºC, 800 kPa, com baixa
velocidade e fluxo constante de 0,01 kg/s. A amônia sai a 300 kPa com uma velocidade de
450 m/s. Encontre a temperatura (e o título, se estiver na região de saturação) e a área da
saída do bocal. R: 0,947; 8,56 x 10-6 m².
6) Em um motor a jato um fluxo de ar a 1000 K, 200 kPa e 30 m/s entra em um
bocal(nozzle), onde sai a 850 K, 90 kPa. Qual a velocidade de saída assumindo que não
houve perda de calor? R: 581,8 m/s.
7) Uma comporta represa água até 5 m. Há um pequeno buraco de 1 cm de diâmetro na
parte de baixo da comporta onde a água, a 20ºC, sai. Negligencie qualquer mudança na
energia interna e calcule a velocidade e a vazão de saída. R: 9,902 m/s; 0,776 kg/s.
8) Um difusor contém ar entrando a 100 kPa, 300 K, com uma velocidade de 200 m/s. A
área da entrada é de 100 mm². Na saída, a área é de 860 mm² e a velocidade de saída é 20
m/s. Determine a pressão de saída e a temperatura do ar. R: 123,92 kPa; 319,72 K.
9) Um difusor recebe um fluxo de gás ideal a 100 kPa, 300 K com uma velocidade de 250
m/s e velocidade de saída de 35 m/s. determine a temperatura na saída se o gás é argônio,
hélio ou nitrogênio. R: 359,5 K; 306 K; 330 K.
10) A parte da frente de uma turbina a jato se comporta como um difusor recebendo ar a
900 km/h, -5ºC, 50 kPa, levando-o a 80 m/s relativo a turbina antes de entrar no
compressor. Se a área final é reduzida a 80% da área de admissão,encontre a temperatura
e a pressão na admissão do compressor. R: 22,9ºC; 215,7 kPa.
11) Uma turbina tem uma admissão de 2 kg/s de água a 1 MPa, 350ºC e uma velocidade de
15 m/s. A saída está a 100 kPa, x = 1 e muito baixa velocidade. Encontre o trabalho por
unidade de massa e a potência produzida. R: -482,3 kJ/kg; -964,6 kW.
12) Uma turbina à água líquida recebe 2 kg/s de água a 2000 kPa, 20ºC e velocidade de 15
m/s. A saída está a 100 kPa, 20ºC e muito baixa velocidade. Encontre o trabalho por
unidade de massa e a potência produzida. R: -1.99 kJ/kg; -3,985 kW.
13) Um pequeno expansor (turbina com transferência de calor) é alimentado com 0,05 kg/s
de hélio entrando a 1 MPa, 550 K e saindo a 250 kPa, 300 K. A saída de potência no eixo é
medida em 55 kW. Encontre a taxa de calor transferida negligenciando a energia cinética.
R: -9,9 kW.
14) Um compressor leva R-134a de 150 kPa, -10ºC para 1200 kPa, 50ºC. Ele é resfriado a
água com uma perda de calor estimada em 40 kW e a potência fornecida medida no eixo é
de 150 kW. Qual a vazão mássica que passa pelo compressor? R: 3,333 kg/s.
15) Uma vazão constante de 4 kg/s de amônia passa por um dispositivo onde é submetida a
um processo politrópico. O estado na entrada é 150 kPa, -20ºC e o estado de saída é 400
kPa, 80ºC onde as energias potencial e cinética podem ser negligenciadas. A entrada de
trabalho específico foi encontrada como sendo [n/(n-1)]∆(Pv). a) Encontre o expoente
politrópico n; b) Encontre o trabalho específico e a transferência de calor específica. R:
1,538; 140 kJ/kg; 73,8 kJ/kg.
16) Um chiller(máquina frigorífica) resfria água líquida para fins de condicionamento de ar.
Assuma que 2,5 kg/s de água, a 20ºC e 100 kPa, é resfriada a 5ºC no dispositivo. Qual a
transferência de calor necessária? R: -157,4 kW.
17) Em um gerador de vapor água líquida comprimida a 10 Mpa, 30ºC, entra em um tubo de
30 mm de diâmetro a uma taxa de 3 L/s. Vapor a 9 MPa, 400ºC sai do tubo. Encontre a taxa
de transferência de calor para a água. R: 8973 kW.
18) A linha de água principal em um alto edifício tem uma pressão de 600 kPa a 5m abaixo
do solo. Uma bomba aumenta a pressão para que a água seja levada a 200kPa no último
andar a 150 m acima do solo. Assuma uma vazão de 10 kg/s de água líquida a 10ºC e
negligencie qualquer diferença de energia cinética e energia interna. Encontre o trabalho da
bomba. R: 11,2 kW.
19) Uma turbina recebe vapor de dois evaporadores. Um a uma taxa de 5 kg/s a 3 MPa,
700ºC e o outro a 15 kg/s, 800 kPa, 500ºC. O estado na saída é 10 kPa, com um título de
96%. Encontre a potência total produzida pela turbina adiabática. R: 22 MW.
20) A cogeração é frequentemente utilizada onde um suprimento de vapor é necessário
para um processo industrial. Assuma que um suprimento de 5 kg/s de vapor a 0,5 MPa é
necessário. Ao invés de gerá-lo por uma caldeira, o suprimento é retirado de uma turbina de
alta pressão, como é mostrado na figura. Encontre a potência gerada na turbina. R: 18,084
MW.
21) Um trocador de calor é utilizado para resfriar um fluxo de ar de 800 K para 360 K,
ambos estados a 1 MPa. O refrigerante é um fluxo de água a 15ºC, 0,1 MPa. Se a água
deixa o equipamento como vapor saturado, encontre relação entre as vazões da água e do
ar ( ṁágua / ṁar ). R: 0,1766.ṁ
22) Dois fluxos de ar são combinados em um único fluxo. Um fluxo tem vazão de 1 m³/s a
20ºC e o outro 2 m³/s a 200ºC, ambos a 100 kPa. Eles se misturam sem transferência de
calor, produzindo um fluxo de saída a 100 kPa. Negligencie energias cinéticas e encontre a
temperatura e a vazão volumétrica de saída. R: 119,6ºC; 3 m³/s.
23) Para manter um motor a jato resfriado, parte do ar de entrada contorna a câmara de
combustão. Assuma 2 kg/s de ar quente a 2000 K, 500 kPa misturado com 1,5 kg/s de ar a
500 K, 500 kPa sem transferência externa de calor alguma. Encontre a temperatura de
saída utilizado o Cp. R: 1357 K.
24) Um motor a jato moderno tem uma temperatura pós-queima de aproximadamente 1500
K a 3,2 MPa quando entra na parte da turbina. A entrada do compressor está a 80 kPa, 250
K e a saída a 3,3 MPa, 780 K; a saída da turbina para o bocal de exaustão está a 400 kPa,
900 K e a saída do bocal está a 80 kPa, 640 K. Negligencie qualquer transferência de calor,
e negligencie a energia cinética exceto na saída do bocal de exaustão. Encontre o trabalho
espercífico do compressor e da turbina e a velocidade na saída do bocal. R: 539,36 kJ/kg;
-702,65 kJ/kg; 753 m/s.
25) Um tanque de 1 m³ contém amônia a 150 kPa, 25ºC. O tanque está conectado a uma
linha com amônia a 1,2 MPa, 60ºC. A válvula é aberta e massa flui até que metade do
volume do tanque seja preenchido com líquido a 25ºC. Calcule a transferência de calor do
tanque durante esse processo. R: -379,636 kJ.
26) Um sistema pistão-cilindro contém ar a 300 kPa, 17ºC, com um volume de 0,25 m³,
enquanto nos batentes o volume é de 1 m³. Uma linha de ar a 500 kPa, 600 K, é conectada
por uma válvula que é aberta até que a pressão no sistema chegue a 400 kPa, nesse ponto
a temperatura é de 350 K. Encontre a massa de ar que entra no sistema, o trabalho e a
transferência de energia. R: 3,082 kg; -225 kJ; -819,2 kJ.
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