Lista 5a TERMO (1)

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Prof. Alessandro Gomes 
UFPA-FC&T- Termodinâmica 
5ª Lista - 1ª Lei da termodinâmica e 1ª Lei aplicada a um volume de controle 
 
1. Ar escoa no interior de um tubo, que apresenta 0,2 m de diâmetro, com velocidade uniforme e 
igual a 0,1 m/s. A temperatura é 25ºC e a pressão é igual a 150 kPa. Determinar a vazão em 
massa de ar neste tubo. 
 
2. O macaco hidráulico de um posto de gasolina levanta um automóvel que apresenta massa 
igual a 1750 kg. O curso do pistão do macaco é 1,8m e a pressão na seção de descarga da 
bomba hidráulica que aciona o macaco é sempre igual a 800 kPa. Determine o aumento de 
energia potencial do automóvel e o volume de óleo que foi bombeado para o conjunto cilindro 
- pistão deste macaco. 
 
3. Um porta-aviões utiliza uma catapulta movida a vapor d'água para ajudar a decolagem de 
aviões. A catapulta deste porta-aviões pode ser modelada como um conjunto cilindro-pistão 
que apresenta pressão média durante a operação igual a 750 kPa. Admita que um avião, com 
massa de 3500 kg, deve ser acelerado do repouso até 30 m/s. Determine o volume interno do 
conjunto cilindro-pistão necessário para esta operação sabendo que a catapulta fornece 25% 
da energia necessária para a decolagem. 
 
4. Um conjunto cilindro-pistão aciona o martelo (massa de 25 kg) de uma máquina de forja. O 
movimento do martelo é vertical com sentido para baixo. A velocidade do martelo na posição 
superior do curso é nula e na posição inferior é 50 m/s. Sabendo que o curso do martelo é 
igual a 1 m, determine a variação de energia total do martelo numa operação do conjunto 
cilindro-pistão. 
 
5. Durante a operação de carga de uma bateria, a corrente elétrica é de 20 A e a tensão é 12,8 V. 
A taxa de transferência de calor da bateria é 10W. Qual é a taxa de aumento da energia 
interna? 
 
6. He, N2 e C02 são aquecidos, individualmente, de 500 a 1500 K. Calcule a variação de 
entalpia específica nestes processos. Admita que os gases se comportam como perfeitos e com 
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calores específicos constantes. Utilize os valores fornecidos na Tab. A.5. Discuta, também, a 
precisão dos resultados obtidos. 
 
7. Um conjunto cilindro-pistão, que não apresenta atrito, contém 2 kg de vapor superaquecido de 
refrigerante R-134a a 100ºC e 350 kPa. O conjunto é, então, resfriado a pressão constante até 
que o refrigerante apresente título igual a 75%. Calcule a transferência de calor neste 
processo. 
 
8. Considere um condensador resfriado a água de um sistema de refrigeração de grande porte 
que utiliza R-134a como fluido refrigerante. O refrigerante entra no condensador a 60ºC e 1 
MPa e o deixa como líquido a 0,95 MPa e 35°C. A água de resfriamento entra no 
condensador a 10ºC e sai a 20ºC. Sabendo que a vazão de refrigerante é igual a 0,2 kg/s, 
determine a vazão de água de resfriamento neste condensador. Volume de controle: 
Condensador. 
 
 
 
Diagrama esquemático de um condensador para R-134a 
 
Volume de controle: Condensador. 
Esboço: Figura acima 
Estados de entrada: R-134a- fixado; água- fixado. 
Estados de saída: R-134a- fixado; água- fixado. 
Processo: Regime permanente. 
Modelo: Tabelas de R-134a e de vapor d'água. 
 
9. Vapor d'água a 0,6 MPa e 200 °C entra num bocal isolado termicamente com uma velocidade 
de 50 m/s e sai, com velocidade de 600 m/s, a pressão de 0,15 MPa. Determine, no estado 
final, a temperatura do vapor se este estiver superaquecido ou o título se estiver saturado. 
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Volume de controle: Bocal. 
Estado de entrada: Fixado (ver abaixo). 
Estado de saída: Conhecido P, 
Processo: Regime permanente. 
Modelo: Tabelas de vapor d'água. 
 
10. A vazão em massa que alimenta uma turbina a vapor d'água é 1,5 kg/s e o calor transferido da 
turbina é 8,5 kW. São conhecidos os seguintes dados para o vapor d'água que entra e sai da 
turbina: 
 
Determine a potência fornecida pela turbina 
Volume de controle: Turbina (Figura abaixo) 
Estado de entrada: Fixado (acima) 
Estado de saída: Fixado (acima) 
Processo: Regime permanente 
Modelo: Tabelas de vapor d'água 
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11. Ar a 35ºC e 105 kPa escoa numa tubulação retangular com dimensões iguais a 100 e 150 mm. 
Sabendo que a vazão é igual a 0,015 m³/s, calcule a velocidade média deste escoamento. 
 
12. Uma tubulação (d = 50 mm) é utilizada para transportar 0,05 kg/s de N2 a 15ºC e 0,2 MPa. 
Uma válvula da tubulação é fechada e passa a provocar uma queda de pressão de 30 kPa no 
escoamento. Admitindo que o escoamento seja isotérmico, determine os valores das 
velocidades médias do escoamento a montante e a jusante da válvula. 
 
13. Uma vazão em massa de 0,l kg/s de vapor saturado de R-134a deixa o evaporador de uma 
bomba de calor a 10°C. Qual é o menor diâmetro de tubo que pode ser utilizado, neste local, 
se a velocidade máxima aceitável para este escoamento for igual a 7 rn/s ? 
 
14. Um tubo (d = 30 mm) localizado num gerador de vapor é alimentado com uma vazão de 3 
litros por segundo de água a 30ºC e 10 MP a. Sabendo que a temperatura e a pressão da água 
na seção de descarga do tubo são iguais a 400 °C e 9 MPa, determine a taxa de transferência 
de calor para a água. 
 
15. Água a 1,5 MP a e 150ºC é estrangulada adiabaticamente, através de uma válvula 
parcialmente fechada, até a pressão de 200 kPa. A velocidade de entrada é 5 m/s e as áreas 
das seções de alimentação e de descarga da válvula são iguais. Determine o estado e a 
velocidade da água na seção de saída da válvula. 
 
16. A Figura abaixo mostra o esquema de uma pequena turbina a vapor d'água que produz uma 
potência de 110 kW operando em carga parcial. Nesta condição, a vazão de vapor é 0,25 kg/s, 
a pressão e a temperatura na seção I 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 
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turbina é 10 kPa, determine o título; ou a temperatura, se o vapor estiver superaquecido; da 
água na seção de saída da turbina. 
 
 
17. Um compressor é alimentado com ar a 17ºC e 100 kPa e descarrega o fluido, a 1 MPa e 600 
K, num resfriador que opera a pressão constante. Sabendo que a temperatura na seção de saída 
do resfriador é 300 K, determine o trabalho específico no compressor e a transferência 
específica de calor no processo. 
 
18. Os seguintes dados são referentes à instalação motora a vapor d'água mostrada na Figura 
abaixo. 
 
No ponto 6, x = 0,92 e V = 200 m/s 
Vazão de vapor d'água= 25 kg/s 
Potência de acionamento da bomba= 300 kW 
Diâmetros dos tubos: 
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- do gerador de vapor à turbina: 200 mm 
- do condensador ao gerador de vapor: 75 mm 
Calcule: 
a. Potência produzida pela turbina. 
b. Taxa de transferência de calor no condensador