Lista-6-balanço

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PRINCÍPIOS DE PROCESSOS QUÍMICOS 
Lista de exercícios 6 
1o/2013
09/08/2013 
 
Profa: Romilda Fernández Felisbino 
 
1 – Considerando a instalação motora a vapor simples mostrada na figura abaixo e os 
dados que se referem a essa instalação. 
 
P = 2,0 MPa e T = 300°C 
P = 1,9 MPa e T = 290°C 
P = 15 kPa e x = 90% 
P = 5 MPa e T = 45°C 
 
We = 4 kJ/kg 
 
Faça as considerações necessárias e determine as seguintes quantidades, por kg de 
fluido que escoa através da unidade: 
a) Calor transferido na linha de vapor entre o gerador de vapor e a turbina; 
b) Trabalho da turbina; 
c) Calor transferido no condensador; 
d) Calor transferido no gerador de vapor. 
 
Dados: H = Hl + x*Hlv 
Dados de vapor de água 
T (oC) P (MPa) Entalpia especifica (kJ/kg) 
300 2,00 H=3023,5 
290 1,90 H=3002,5 
- 0,015 Hl=226,0 Hlv=2373,4 
45 5,00 H=192,8 
 
2 – Acetona (Ac) é parcialmente condensada de uma corrente gasosa contendo 69,6% 
molar de vapor de acetona e o resto de nitrogênio (N2). As especificações do processo 
são mostradas no seguinte fluxograma: 
 2
 
Este processo opera em estado estacionário. Calcule a taxa de resfriamento necessário. 
Dados: 
 
 
3 – Em um sistema de refrigeração, onde o fluido de trabalho é o refrigerante, R-134ª, 
este entra no compressor a 144,54 kPa e -10oC e sai com 1000 kPa e 90oC. A vazão do 
fluido refrigerante no sistema é de 0,013 kg/s, e a potência consumida pelo compressor 
é de 1,2 kW. O refrigerante após sair do compressor entra em um condensador, 
resfriado com água, com aproximadamente 1000 kPa e 80oC e sai como líquido a 
964,14 kPa e 34oC. A água entra no condensador em contracorrente com o refrigerante, 
a 28oC e sai com 33oC. 
(a) Represente o fluxograma completo; 
(b) Apresente a equação de balanço de energia, faça as considerações necessárias 
(defina sistema e vizinhança) e determine: (i) a taxa de calor transferido e (ii) a vazão de 
água de resfriamento no condensador. 
Dados: 
R-134ª 
R-134ª (líquido 
comprimido) 
Vapor de água 
T (oC) P (kPa) H
¿
(kJ /kg
 
T (oC) P (kPa) H
¿
(kJ /kg
 
T (oC) H
¿
(kJ /kg
 
-10 144,54 395,0 34 964,14 247,7 28 117,0 
80 1000 462,7 33 138,1 
90 1000 473,1 
 
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4 – Um tanque de água de 200,0 litros pode suportar pressões de até 20,0 bar absoluto 
antes de se romper. Em um dado momento, o tanque contém 165,0 kg de água líquida, 
as válvulas de entrada e saída estão fechadas e a pressão absoluta no espaço do vapor 
acima da superfície do líquido (espaço que pode ser admitido como contendo apenas 
vapor de água) é 3,0 bar. Um técnico da planta liga o aquecedor do tanque, pretendo 
elevar a temperatura do mesmo até 155oC, mas é chamado pela chefia e esquece de 
voltar e desligar o aquecedor. Considere estado 1 o instante em que o aquecedor é 
ligado e estado 2 momentos antes da ruptura do tanque. 
(a) Represente o fluxograma completo; 
(b) Faça as considerações necessárias (defina sistema e vizinhança, se o sistema é aberto 
ou fechado, etc.) e apresente a equação de balanço de energia, logo determine: (i) a 
temperatura da água e os volumes do líquido (L) e do vapor (V) no estado 1; (ii) a 
temperatura da água e os volumes do líquido (L) e do vapor (V) no estado 2 e a massa 
de água que evapora (em kg) e (iii) quantidade de calor transferido ao conteúdo do 
tanque durante a mudança do estado 1 para o estado 2. 
 
5 – Vapor superaquecido a 40 bar e 500oC flui com uma vazão mássica de 250 kg/min 
através de uma turbina adiabática, onde se expande até 5 bar. A turbina desenvolve 
1500 kW. Da turbina, o vapor flui para um aquecedor, onde é reaquecido à pressão 
constante até sua temperatura inicial. Despreze mudanças na energia cinética. 
(a) Represente o fluxograma completo do processo; 
(b) Escreva um balanço de energia, faça as considerações necessárias e determine a 
entalpia específica na corrente de saída da turbina; 
(c) Escreva um balanço de energia, faça as considerações necessárias e determine o 
calor necessário (kW) no vapor; 
(d) Verifique se o balanço de energia global para o processo de duas unidades é 
satisfeito e (e) Suponha que as tubulações de entrada e saída da turbina têm diâmetro de 
0,5 m. Mostre que é razoável desprezar as mudanças na energia cinética para esta 
unidade. Dados: 
Vapor de água 
T (oC) P (bar) )/( kgkJH
∧
)/( 3 kgmV
∧
500 40,0 3445 0,0864 
310 5,0 - 0,5318 
500 5,0 3484 -