Lista 3 Primeira Lei para volume de controle

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ESZO-001-15 – Fenômenos de Transporte 
Prof. Antônio Garrido Gallego 
Fenômenos de Transporte 
 
Lista de exercícios – 1ª Lei para Volume de Controle 
 
1. Uma caldeira é alimentada com 5000 kg/h de água líquida a 5 MPa e 20 ºC e descarrega vapor 
d’água a 450ºC e 4,5 MPa. Determine a área das sessões de escoamento nas sessões de 
alimentação e descarga da caldeira de modo que a velocidade dos escoamentos seja menor que 
20 m/s. (R: A1 = 0,69 cm², A2 = 50 cm²) 
2. A figura 1 mostra o esquema de uma pequena turbina a vapor d’água que produz uma potência 
de 110kW operando em carga parcial. Nesta condição, a vazão de vapor é 0,25 kg/s, a pressão 
e a temperatura na seção 1 são, respectivamente, iguais a 1,4 MPa e 250ºC e o vapor é 
estrangulado até 1,1 MPa antes de entrar na turbina. Sabendo que a pressão de saída da turbina 
é 10kPa, determine o título e a temperatura da água na seção de saída da turbina. (R: T = 
45,81ºC, x = 95,9%) 
 
Figura 1. Esquema de Turbina a Vapor de água. 
3. Um compressor é alimentado com ar a 17ºC e 100 kPa e descarrega o fluido, a um 1MPa e 600 
K, num resfriador que opera a pressão constante. Sabendo que a temperatura na sessão de saída 
do resfriador é 300 K, determine o trabalho específico no compressor e a transferência 
específica de calor no processo. (R: Wc = 316,89 kJ/kg, Q = 306,85 kJ/kg) 
 
Figura 2. Esquema do compressor. 
4. Uma bomba hidráulica é acoplada a um bocal, com diâmetro de 10 mm, através de uma 
tubulação curta (vide figura abaixo). A bomba é acionada por um motor de 1kW e alimentada 
com água a 100kPa e 15ºC, e o bocal descarrega o fluido num ambiente onde a pressão é igual 
a 100kPa. Desprezando a energia potencial da tubulação (entrada do bocal) e o escoamento 
isotérmico, determine a vazão em massa de água na bomba e a velocidade de descarga da água 
no bocal. (R: m = 2,31 kg/s, V = 29,43 m/s) 
 
Figura 3. Bomba hidráulica. 
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5. Uma máquina geradora de potência opera em regime permanente e é alimentada com duas 
vazões de água. A vazão de água na linha 1 é 2,0 kg/s e o fluido apresenta, nesta linha, pressão 
e temperatura iguais a 2MPa e 500ºC. A vazão de água na linha 2 é 0,5 kg/s e a pressão e 
temperatura, nesta linha, são iguais a 120kPa e 30ºC. A máquina descarrega água através de 
uma tubulação que apresenta diâmetro igual a 150mm. A pressão e o título do vapor 
descarregado pela máquina são iguais a 150kPa e 80%. Sabendo que a máquina transfere 300 
kW de calor ao ambiente, determine a velocidade na tubulação de exaustão e a potência gerada 
nesta máquina. (R: V = 131,2 m/s, W = 1056 kW) 
6. A cogeração é normalmente utilizada em processos industriais que apresentam consumo de 
vapor d’água a várias pressões. Admita que, num processo, existe a necessidade de uma vazão 
de 5kg/s de vapor a 0,5 MPa. Em vez de gerar este insumo, utilizando um conjunto bomba-
caldeira independente, propõe-se a utilização da turbina mostrada na figura 4. Determine a 
potência gerada nesta turbina. (R: WT = 18,084 MW) 
 
Figura 4. Turbina. 
7. Dois escoamentos de ar são misturados num “Tê”. O primeiro escoamento apresenta vazão em 
volume igual a 1 m³/s e o ar está a 20ºC e 100kPa. O segundo escoamento apresenta vazão em 
volume igual a 2 m³/s e o ar está a 200ºC e 100kPa. Admitindo que o escoamento no Tê pode 
ser considerado adiabático e que a pressão no escoamento combinado é 100kPa, determine a 
temperatura e a vazão em volume na descarga do Tê. Despreze as variações de energia cinética 
nos escoamentos. (R: T=119,6ºC, V = 3 m³/s) 
8. A central de potência baseada na turbina a gás tem sido utilizada para atender os picos de 
consumo de energia elétrica. A figura 5 mostra o esquema de uma dessas centrais com suas 
variáveis operacionais. Observe que a turbina aciona o gerador elétrico e o compressor de ar. 
Sabendo que a potência do gerador elétrico é 5MW, determine a vazão em massa na seção 1 e 
a transferência de calor que deve ocorrer entre as seções 2 e 3 indicadas na figura. (R: m = 
13,78 kg/s, Q = 13,1 MW) 
 
Figura 5. Central de potência.