LISTA 5 DE EXERCÍCIOS

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LISTA DE EXERCÍCIOS 2023 – TERMODINÂMICA – Primeira Lei (Análise do Volume de Controle) 
 
1) Uma bomba em regime permanente conduz água de um lago, com vazão volumétrica 
de 0,83 m3/min, através de tubo com 12 cm de diâmetro de entrada. A água é distribuída 
através de uma mangueira acoplada a um bocal convergente. O bocal de saída possui 3 
cm de diâmetro e está localizado a 10 m acima da entrada do tubo. A água entra a 20 oC 
e 1 atm, e sai sem variações significativas com relação à temperatura ou pressão. A 
ordem de grandeza da taxa de transferência de calor da bomba para a vizinhança é 5% 
da potência de entrada. A aceleração da gravidade é 9,81 m/s2. Determine a) a 
velocidade da água na entrada e na saída, ambas em m/s e b) a potência requerida pela 
bomba em kW. Respostas: 1,22m/s; 19,56m/s e -4,2kW. 
 
2) O vapor d’água entra em uma turbina operando em regime estacionário com uma vazão 
mássica de 4600 kg/h. A turbina desenvolve uma potência de 1000 kW. Na entrada, a 
pressão é 60 bar, a temperatura é 400 oC e a velocidade é 10 m/s. Na saída, a pressão é 
0,1 bar, o título é 90% e a velocidade é 30 m/s. Calcule a taxa de transferência de calor 
entre a turbina e a vizinhança em kW. Respostas: -62kW. 
 
3) O vapor d’água entra no condensador de uma instalação de potência a vapor a 0,1 bar 
e com um título de 0,95, e o condensado sai a 0,1 bar e 45 oC. A água de resfriamento 
entra no condensador como um outro fluxo na forma líquida a 20 oC e sai como líquido 
a 35 oC sem nenhuma variação de pressão. A transferência de calor no exterior do 
condensador e as variações de energias cinética e potencial dos fluxo podem ser 
ignoradas. Para uma operação em estado estacionário, determine: a) a razão entre a 
vazão mássica da água de resfriamento pela vazão de mássica do vapor d’água que se 
condensa; b) a taxa de transferência de energia do vapor d’água que se condensa para 
a água de resfriamento em kJ por kg de vapor que escoa através do condensador. 
Respostas: a) 36,3; b) –2276,7 kJ/kg 
 
4) Vapor d’água entra em um bocal operando em estado estacionário com p1=30 bars, 
temperatura de 450 oC e velocidade de 15 m/s. Na saída a pressão é 10 bars e a 
velocidade é 630 m/s. A taxa de massa do vapor é 2,5 kg/s. Determine a área de saída 
do bocal em m2. O bocal está isolado termicamente. Resposta: 1,1x10-3 m2. 
 
5) Vapor a 600 psia e 1000 oF entra em uma turbina, que opera em estado estacionário, 
com uma taxa mássica de 2000 lbm/min. Parte do vapor é extraído da turbina através 
de um duto com área de seção transversal de 1,6 ft2. A pressão da corrente extraída é 
100 psia e a velocidade é 25,9 ft/s. O restante do vapor sai da turbina como uma mistura 
líquido-vapor de título 80% na temperatura de 50oF com uma vazão volumétrica de 
36350 ft3/s, Os efeitos das energias cinética e potencial podem ser desprezados e a troca 
térmica entre a turbina e o meio externo é desprezível. Determine: 
a) A vazão do vapor na entrada em ft3/min; 
b) A temperatura do vapor extraído; 
c) A potência produzida pela turbina em BTU/h. 
Respostas: 2822 ft3/min; T = 600 oF; W = 1.111.480 BTU/min. 
 
6) Uma bomba opera em estado estacionário com fluxo de água de 10 kg/s. A transferência 
de calor entre a bomba e a vizinhança é desprezível. Água ingressa na tubulação de 
entrada da bomba a 1,013x105 Pa, 20 oC e velocidade de 3 m/s. Na tubulação de saída, 
a pressão é de 1,5x105 Pa, temperatura de 20 oC e velocidade 13 m/s. A saída está 
localizada 16 m acima da entrada. Determine a potência necessária para a bomba, se a 
aceleração gravitacional local é 9,8 m/s2. Respostas: 2778 W. 
 
7) Em um compressor adiabático, refrigerante 12 (R12) entra a 15 psia e 20 oF com uma 
taxa volumétrica de 10 ft3/s e sai na pressão de 120 psia. A potência necessária para 
acionar o compressor é 60 HP. Encontre: 
a) A taxa de massa do refrigerante; 
b) A temperatura de saída. 
Respostas: 3,637 lbm/s; 126,5 0F 
 
8) Vapor entra no primeiro estágio da turbina ilustrada na Figura a 40 bar e 500°C com uma 
vazão volumétrica de 90 m3/min. O vapor sai da turbina a 20 bar e 400°C. O vapor é 
então reaquecido à temperatura constante de 500°C antes de entrar no segundo estágio 
da turbina. O vapor deixa o segundo estágio como vapor saturado a 0,6 bar. Para uma 
operação em regime permanente e ignorando as perdas de calor e os efeitos das 
energias cinética e potencial, determine: 
(a) a vazão mássica do vapor em kg/h; 
(b) a potência total produzida pelos dois estágios da turbina em kW; 
(c) a taxa de transferência de calor para o vapor em escoamento ao longo do 
reaquecedor, em kW. 
 
 
 
 
9) Vapor d’água a 1800 lbf/in2 (12,4 MPa) e 1100°F (866,5°C) entra em uma turbina 
operando em regime permanente. Conforme mostrado na Figura, 20% da vazão de 
entrada são extraídos a 600 lbf/in2 (4,1 MPa) e 500°F (260°C). O restante do fluxo sai 
como vapor saturado a 1 lbf/in2 (6,9 kPa). A turbina desenvolve uma potência de saída 
de 6,8 × 106 Btu/h (1992,9 kW). A transferência de calor da turbina para a vizinhança 
ocorre a uma taxa de 5 × 104 Btu/h (14,6 kW). Desprezando os efeitos das energias 
cinética e potencial, determine a vazão mássica do vapor que entra na turbina, em 
lbm/s. 
 
 
 
10) Um tanque, com 0,85 m3 de volume, inicialmente contém água em uma mistura bifásica 
líquido-vapor a 260°C e com um título de 0,7. O vapor d’água saturado a 260°C é 
lentamente retirado através de uma válvula reguladora de pressão no topo do tanque à 
medida que a energia é transferida por meio de calor para manter a pressão constante 
no tanque. Esse processo continua até que o tanque esteja cheio de vapor saturado a 
260°C. Determine a quantidade de calor transferida em kJ. Despreze todos os efeitos 
das energias cinética e potencial. Resposta: 14162 kJ.