Lista 04 Primeira lei da Termodinâmica Aplicada a Volume de Controle

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Centro Universitário de Belo Horizonte 
 
INSTITUTO DE ENGENHARIA E TENOLOGIA – IET 
Curso: 
Engenharia Química 
 
Disciplina: Termodinâmica Clássica 
 
Professor: Rabigdonataro Rodrigues Costa Lista de Exercícios 04 
 
Aluno: Assunto: Primeira Lei da Termodinâmica aplicada a 
volume de controle 
 
1) Uma corrente de água quente a 80°C entra em 
uma câmara de mistura com um fluxo de massa de 
0,5 kg/s, onde ela é misturada com uma corrente 
de água fria a 20°C. Para que a mistura saia da 
câmara a 42°C, determine o fluxo de massa da 
corrente de água fria. Assuma que todas as 
correntes estão a uma pressão de 250 kPa. 
 
 
2) Refrigerante R-134a a 1 MPa e 90°C deve ser 
resfriado por ar em um condensador até 1 MPa e 
30°C. O ar entra a 100 kPa e 27°C com uma vazão 
volumétrica de 600 m³/min e sai a 95 kPa e 60°C. 
Determine o fluxo de massa do refrigerante. 
 
 
3) Vapor de água entra no condensador de uma 
usina de potência a vapor a 20 kPa e título 95% 
com um fluxo de massa de 20 000 kg/h. O vapor 
deve ser resfriado pela água de um rio próximo, 
circulando água pelos tubos que estão dentro do 
condensador. Para evitar a poluição térmica, não é 
permitido que a água do rio sofra um aumento de 
temperatura acima de 10°C. Se o vapor deve sair 
do condensador como liquido saturado a 20 kPa, 
determine o fluxo de massa necessário para a água 
de resfriamento. 
 
 
4) Um trocador de calor deve aquecer água 
(Cp = 4,18 kJ/kg°C) de 25°C a 60°C a uma vazão de 
0,2 kg/s. O aquecimento deve ser realizado por 
água geotérmica (Cp = 4,31 kJ/kg°C) disponível a 
140°C a um fluxo de massa de 0,3 kg/s. Determine 
a taxa de transferência de calor do trocador de 
calor e a temperatura de saída da água geotérmica. 
 
5) Um arranjo cilindro-pistão vertical contém 0,01 
m³ de vapor d’ água a 200°C. A massa do pistão 
sem atrito é tal que ele se mantém a uma pressão 
interna constante de 500 kPa. Vapor a 1 MPa e 
350°C de uma linha de alimentação entra no 
cilindro até que o volume interno duplique. 
Desprezando qualquer transferência de calor que 
possa ocorrer durante o processo determine: 
a) a temperatura final do tanque. 
b) a quantidade de massa que entrou. 
 
6) Um arranjo cilindro-pistão vertical isolado 
contém inicialmente 0,8 m³ de refrigerante R-134a 
a 1,2 MPa e 120°C. Nessa situação uma mola linear 
aplica uma força total no pistão. Uma válvula 
conectada ao cilindro é então aberta e refrigerante 
escapa. A mola se distende a medida que o pistão 
desce, e a pressão e volume caem para 0,6 MPa e 
0,5 m³ ao final do processo. Determine: 
a) a quantidade do refrigerante que escapou. 
b) a temperatura final do refrigerante. 
 
 
 
 
7) Em uma usina geotérmica de potência, a água 
geotérmica entra na câmara de flash ( uma válvula 
de estrangulamento ) a 230°C como líquido 
saturado à taxa de 50 kg/s. O vapor resultante do 
processo flash entra em uma turbina e sai dela a 
20 kPa com conteúdo de umidade a 5%. Determine 
a temperatura do vapor d´água após o processo 
flash e a potência produzida pela turbina se a 
pressão do vapor na saída da câmara flash for 
1 MPa. 
 
 
8) Vapor entra no primeiro estágio da turbina 
abaixo a 4 MPa e 500°C com uma vazão 
volumétrica de 90 m³ / min . O vapor sai da turbina 
a 2 MPa 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 0,06 MPa. 
Ignorando as perdas de calor e os efeitos da 
energia 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) 15 kg/s de vapor entra em um 
dessuperaquecedor a 3MPa, que são misturados a 
água líquida a 2,5 MPa e temperatura T2 para 
produzir vapor saturado a 2 MPa. A taxa de 
transferência de calor entre o dispositivo e sua 
vizinhança, juntamente com os efeitos de energia 
cinética e potencial são abandonadas. Determine a 
vazão mássica de liquido m2 para uma temperatura 
T2 = 200°C. 
 
 
10) A figura mostra uma turbina que fornece 
potência para um compressor de ar e um gerador 
elétrico. Ar entra na turbina com uma vazão 
mássica de 5,4 kg/s a 527°C e sai da turbina a 
107°C e 1 MPa. A turbina fornece potência a uma 
taxa de 900 kW ao compressor e a uma taxa de 
1400 kW ao gerador. Ar pode ser modelado como 
um gás ideal e as variações de energia cinética e 
potencial podem ser desprezadas. Determine a 
vazão volumétrica do ar na saída turbina e a taxa 
de transferência de calor na saída da turbina e sua 
vizinhança em kW. 
 
 
11) Dióxido de carbono (CO2) modelado como um 
gás ideal escoa através do compressor e trocador 
de calor conforme figura abaixo. A potência de 
acionamento do compressor é 100 kW. Um fluxo 
separado de água de resfriamento líquida escoa 
ao longo de um trocador de calor. As perdas de 
calor para a vizinhança e os efeitos da energia 
cinética e potencial podem ser desprezíveis. 
Determine: 
a) a vazão mássica de CO2 em kg/s. 
 
b) a vazão mássica de água de resfriamento em 
kg/s. 
 
 
12) A figura mostra uma instalação de potência a 
vapor simples com água circulando nos 
componentes. Dados relevantes em posições 
chaves no ciclo são relevantes na figura. A vazão 
mássica de água é de 60 kg/s. As perdas de calor e 
os efeitos de energia cinética e potencial são 
desprezados. Determine: 
a) a eficiência térmica do ciclo. 
b) a vazão mássica de água de resfriamento de 
água que passa pelo condensador em kg/s. 
c) a taxa de calor da caldeira. 
d) a potência necessária para acionar a turbina.