Exercícios Tema 3 - Modelagem De Equipamentos 2

Prévia do material em texto

Você acertou 10 de 10 questões
Verifique o seu desempenho e continue treinando! Você pode refazer o exercício quantas vezes quiser.
Verificar Desempenho
A
B
C
D
E
A
B
C
1 Marcar para revisão
Você é um engenheiro que precisa dimensionar um trocador de calor. Para tal, você sabe que o fluido A
entrará a 40°C e sairá a 80°C, enquanto o fluido B entrará a 100°C. Sabendo que a vazão mássica de ambos os
fluidos é de 10 kg/s e o calor específico de ambos é 6 kJ/kg°C, qual será a temperatura de saída do fluido B,
considerando um trocador de calor contracorrente?
60°C
65°C
70°C
85°C
90°C
Resposta correta
Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
Q̇A = ṁA ⋅ Cp ⋅ (TA,sai − TA, entra ) = 10 ⋅ 6 ⋅ (80 − 40) = 2400kW
Q̇B = ṁB ⋅ Cp ⋅ (TB, entra  − TB, sai ) = 2400 = 10 ⋅ 6 ⋅ (100 − TB, sai )
100 − TB, sai  = = 40 → TB, sai  = 100 − 40 = 60
∘
C
2400
60
2 Marcar para revisão
Um secador é utilizado para evaporar 150 kg de água. Sabendo que o calor latente de vaporização da água é
de aproximadamente 2.260 kJ/kg, qual é a quantidade de calor necessária para evaporar essa quantidade de
água?
101.700 kJ
339.000 kJ
580.500 kJ
Questão 1 de 10
Corretas (10)
Em branco (0)
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
Lista de exercícios Modelagem De Equipamentos Sair
D
E
A
B
C
D
E
A
B
C
750.000 kJ
800.000 kJ
Resposta correta
Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
\(\begin{gathered}Q=m \cdot L_v \\ Q=150 kg \cdot 2.260 kJ / kg =333900 kJ\end{gathered}\)
3 Marcar para revisão
Considerando que na operação de uma torre de resfriamento são retirados 2000 kW de calor, com o
mecanismo de convecção sendo responsável por 30% desse total, qual é a quantidade de calor removido pela
evaporação da água?
700 kW
900 kW
1400 kW
1600 kW
1800 kW
Resposta correta
Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
A evaporação é responsável por do calor removido, então 1400 kW70% Qevap  = 0, 7 ⋅ 2000kW =
4 Marcar para revisão
Um secador utiliza ar aquecido em sua operação, necessitando evaporar 1000 kg de água por hora.
Considerando que o ar entra aquecido a 150°C e sai a 70°C, e que o calor latente de vaporização da água é de
aproximadamente 2.260 kJ/kg, qual a massa de ar necessária para realizar a operação em uma hora? A
capacidade térmica específica do ar é de 1,005 kJ/kg°C.
3.655 kg
5.402 kg
12346 kg
D
E
A
B
C
D
E
18925 kg
28105 kg
Resposta correta
Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
Q = m ⋅ Lv
Q = 1000kg ⋅ 2.260kJ/kg = 2.260.000kJ
Q = mar ⋅ car ⋅ ΔT
226.000kJ = mar ⋅ 1, 005kJ/kg
∘
C ⋅ 80
∘
C
mar = ≈ 2.810, 5kg
226.000kJ
1, 005kJ/kg∘C ⋅ 80
∘
C
5 Marcar para revisão
Considere uma indústria de secagem de grãos, na qual um secador de leito fluidizado é utilizado para secar 10
toneladas de material por hora. O material entra no secador com 35% de umidade em base úmida e deve ser
seco até atingir 5% de umidade. Qual a massa de água que deve ser evaporada no processo?
171 kg/h
1.521 kg/h
1.579 kg/h
1751 kg/h
3158 kg/h
Resposta correta
Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
Massa de água na entrada (I):
Massa do material totalmente seco: 
Na saída, os grãos com a massa de representam do material que contém uma umidade
residual de .
Massa de água residual na saída (II):
Massa de água evaporada
 Massa de água  = 10.000kg/h × 0, 35 = 3500kg/h
10.000kg/h − 3500kg/h = 6500kg/h
6500kg/h 95%
5%
 Massa de água residual  = 6500kg/h × ≈ 342kg/h
5%
95%
= 3500kg/h − 342kg/h = 3.158kg/h
6 Marcar para revisão
Uma turbina a gás de fluxo axial é utilizada para gerar energia elétrica em uma usina termelétrica. O ar entra na
turbina a uma pressão de 2 MPa e uma temperatura de 1000 K . A vazão mássica de ar é de \(50 kg / s\). O ar
sai da turbina a uma pressão de \(0,1 MPa\) e uma temperatura de 600 K . A turbina opera com uma eficiência
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
isentrópica de \(90 \%\). Considerando um calor específico \(c_p=1,005 kJ / kg K\). . Qual é a potência real da
turbina?
10000 kW
10612 kW
15780 kW
22000 kW
26000 kW
Resposta correta
Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
Ws = cp(Tentra  − Tsai S)isentropia 
T2s = 1000 ⋅ ( ) ≈ 1000 ⋅ (0, 05)
0,2857
≈ 425K
Ws = 1, 005 × (1000 − 425) ≈ 578kJ/kg
Wreal  = ηs × Ws = 0, 90 × 578 = 520, 2kJ/kg
Preal  = m × Wreal  = 50 × 520, 2 ≈ 26000kW
0, 1
2
0,4
1,4
7 Marcar para revisão
As torres de resfriamento desempenham um papel crucial no controle térmico de sistemas industriais,
dissipando calor do processo através da evaporação da água. Nesse contexto, o cálculo da taxa de
evaporação é essencial para avaliar a eficiência do sistema e garantir seu funcionamento adequado. Considere
uma torre de resfriamento onde a água evaporada é responsável por absorver 500 kJ/s (ou 500 kW) de
energia térmica do sistema. O calor de evaporação da água, definido como a quantidade de energia necessária
para transformar 1 kg de água líquida em vapor, é de 2450 kJ/kg. Sabendo dessas condições, qual é a
quantidade aproximada de água evaporada na torre por segundo para absorver a energia térmica de 500 kJ/s?
0,12 kg/s
0,15 kg/s
0,18 kg/s
0,20 kg/s
0,24 kg/s
Resposta correta
Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
O calor de evaporação é dado por \(Q=m \cdot L_v\) ou \(m=Q / L v=500 kW / 2450 kJ / kg =\) \(500000(J
/ s ) / 2450000(J / kg ) \approx 0,20 kg / s\)
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
8 Marcar para revisão
Em aplicações industriais, trocadores de calor são fundamentais para a transferência de energia térmica entre
dois fluidos. Neste cenário, o fluido A, que opera como o fluido quente, possui uma vazão mássica de 10 kg/s e
entra no trocador com uma temperatura de 150°C, saindo resfriado a 80°C. O fluido B, o fluido frio, possui uma
vazão mássica de 15 kg/s e entra no trocador a 30°C, sendo aquecido pela energia transferida do fluido A.
Ambos os fluidos têm um calor específico de 5 kJ/kg°C, o que permite simplificar os cálculos térmicos.
Considerando que a energia térmica perdida pelo fluido A é completamente transferida para o fluido B
(desprezando perdas térmicas para o ambiente), qual será a temperatura de saída do fluido B após o processo
de troca de calor?
50°C
55°C
67°C
70°C
77°C
Resposta correta
Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
A quantidade de calor trocado pelo fluido A:
Esse é o calor ganho pelo fluido B. Agora, para o fluido B:
Resolvendo:
Q̇A = ṁA ⋅ Cp ⋅ (TA,entra − TA,sai) = 10 ⋅ 5 ⋅ (150 − 80) = 3500kW
Q̇B = ṁB ⋅ Cp ⋅ (TB, sai  − TB, entra ) = 3500 = 15 ⋅ 5 ⋅ (TB,sai − 30)
3500 = 75 ⋅ (TB,sai − 30) → TB,sai − 30 = ≈ 47 → TB,sai = 30 + 47 ≈ 77
∘
C
3500
75
9 Marcar para revisão
Uma turbina axial em uma usina termelétrica recebe vapor a uma pressão de 2 MPa e temperatura de 550°C,
com uma vazão de massa de 25 kg/s. O vapor sai da turbina a uma pressão de 0,15 MPa. A eficiência
isentrópica da turbina é de 75%, e o trabalho no processo isentrópico ideal é de 1000 kJ/kg. Qual é a potência
gerada pela turbina?
15,65 MW
18,75 MW
22,10 MW
20,19 MW
21,25 MW
A
B
C
D
E
Resposta correta
Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
\(\begin{gathered}P_{\text {turbina }}=m \cdot W_s \cdot \eta_{\text {isentrópica }} \\ P_{\text {turbina
}}=25 \cdot 1000 \cdot 0,75=18750 kW=18,75 MW \end{gathered}\)
10 Marcar para revisão
Em um trocador de calor contracorrente, o fluido quente entra a 120°C e sai a 80°C. O fluido frio entra a 30°C.
Sabendo que a vazão do fluido quente é de 10 kg/s e o calor específico é 4 kJ/kg°C, qual seráa temperatura
de saída do fluido frio se ele tiver a mesma vazão e calor específico do fluido quente?
50°C
60°C
70°C
80°C
90°C
Resposta correta
Parabéns, você selecionou a alternativa correta. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
Q̇ = ṁ ⋅ Cp ⋅ (Tentrada  − Tsaida ) = 10 ⋅ 5 ⋅ (120 − 80) = 2000kW
2000 = 10 ⋅ 5 ⋅ (Tsaida  − 30)
2000 = 50 ⋅ (Tsaida  − 30) → Tsaida  − 30 = = 40 → Tsaida  = 30 + 40 = 70
∘
C
2000
50