A maior rede de estudos do Brasil

Grátis
14 pág.
Lista de Exercicios 2 Primeira Lei para Volume de Controle.pdf

Pré-visualização | Página 1 de 3

1	
TERMODINÂMICA 
LISTA DE EXERCÍCIOS 2 2018_1 
PRIMEIRA LEI PARA VOLUME DE CONTROLE 
 
1. Um carburador em um motor de combustão interna mistura ar com 
combustível para alcançar uma mistura de combustível na qual a 
razão ar-combustível é de 20 kg (ar) por quilo (combustível). Para uma 
vazão mássica de combustível de 5 x 10-3 kg/s, determine a vazão 
mássica da mistura, em kg/s. (0,105 kg (mistura)/s). 
 
2. Propano líquido entra em um tanque de armazenamento cilíndrico 
inicialmente vazio com uma vazão mássica de 10 kg/s. O tanque 
possui 25 m de comprimento e 4 m de diâmetro. A massa específica 
do propano líquido é 450 kg/m3. determine o tempo, em h, para encher 
o tanque. (3,93 h) 
 
3. Um tanque com 0,5 m3 contém amônia inicialmente a 40°C e 8 bar. 
Um orifício se desenvolve e o refrigerante escoa do tanque com uma 
vazão mássica de 0,04 kg/s. O processo ocorre vagarosamente o 
suficiente para que a transferência de calor a partir da vizinhança 
mantenha uma temperatura constante no tanque. Determine o tempo, 
em s, para o qual metade da massa tenha vazado, e a pressão, em 
bar, no tanque nesse instante. (35,3 s; 4,17 bar) 
 
 
4. Ar entra em um volume de controle de uma entrada e uma saída a 8 
bar, 600 K e 40 m/s através de uma área de 20 cm2. Na saída, a 
pressão é de 2 bar, a temperatura vale 400 K e a velocidade é de 350 
m/s. O ar se comporta como um gás ideal. Para uma operação em 
regime permanente, determine 
a. a vazão mássica em kg/s. (0,3717 kg/s) 
b. a área de saída em cm2. (6,095 cm2) 
 
5. Refrigerante 134a entra no condensador de um sistema de 
refrigeração operando em regime permanente a 9 bar e 50°C através 
de um tubo de 2,5 cm de diâmetro. Na saída a pressão é de 9 bar, a 
temperatura é de 30°C e a velocidade é de 2,5 m/s. A vazão mássica 
de entrada do refrigerante é 6 kg/min. Determine 
a. a velocidade na entrada em m/s. (5,04 m/s) 
b. o diâmetro na saída do tubo em cm. (0,65 cm) 
 
6. Vapor a 160 bar e 480°C entra em uma turbina operando em regime 
permanente com uma vazão volumétrica de 800 m3/min. Dezoito por 
cento do escoamento sai a 5 bar, 240°C, com uma velocidade de 25 
m/s. O restante sai por um outro local com uma pressão de 0,06 bar, 
título de 94% e com uma velocidade de 400 m/s. Determine os 
diâmetros, em m, de cada duto de saída. (1,756 m e 6,49 m) 
 
 
 
	 2	
7. Vapor entra em uma tubulação horizontal operando em regime 
permanente com uma entalpia específica de 3000 kJ/kg e uma vazão 
mássica de 0,5 kg/s. Na saída, a entalpia específica é 1700 kJ/kg. 
Considerando que não existe uma variação significativa da energia 
cinética entre a entrada e a saída, determine a taxa de transferência 
de calor entre o tubo e sua vizinhança, em kW. (-650 kW) 
 
8. Conforme ilustrado na figura, ar entra em um tubo a 25 °C e 100 kPa 
com uma vazão volumétrica de 23 m3/h. Sobre a superfície externa do 
tubo está uma resistência eléctrica coberta com isolamento. Com 120 
V, a resistência é percorrida por uma corrente de 4 ampéres. 
Admitindo o modelo de gás ideal com cp = 1,005 kJ/(kg.K) para o ar e 
desprezando os efeitos das energias cinética e potencial, determine 
(a) a vazão mássica do ar em kg/h (26,89 kg/h) e (b) a temperatura 
do ar na saída, em °C. (89,9°C) 
 
 
 
 
9. Vapor entra em um bocal horizontal e bem isolado operando em 
regime permanente com uma velocidade de 10 m/s. Se a entalpia 
específica decresce de 45 kJ/kg da entrada para a saída, determine a 
velocidade na saída, em m/s. (300 m/s) 
 
10. Conforme ilustrado na figura, ar entra no difusor de um motor a jato, 
operando em regime permanente, a 18 kPa, 216 K e uma velocidade 
de 265 m/s, todos os dados correspondendo a um vôo de alta altitude. 
O ar escoa adiabaticamente através do difusor e atinge a temperatura 
de 250 K na saída do difusor. Utilizando o modelo de gás ideal para o 
ar, determine a velocidade do ar na saída do difusor, em m/s. (45 m/s) 
 
 
	 3	
 
 
11. Vapor entra em uma turbina operando em regime permanente com 
uma vazão mássica de 10 kg/min, uma entalpia específica de 3100 
kJ/kg e uma velocidade de 30 m/s. Na saída, a entalpia específica é 
2300 kJ/kg e a velocidade é de 45 m/s. A entrada está situada 3m 
mais elevada do que a saída. A transferência de calor da turbina para 
sua vizinhança ocorre a uma taxa de 1,1 kJ por kg de vapor em 
escoamento. Admita g = 9,81 m/s2. Determine a potencia desenvolvida 
pela turbina em kW. (133,1 kW) 
 
12. 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. (6,248 x 104 kg/h) 
b. a potencia total produzida pelos dois estágios da turbina em 
kW. (17,565 kW) 
c. a taxa de transferência de calor para o vapor em escoamento 
ao longo do reaquecedor, em kW. (3,819 kW) 
 
 
 
 
13. Refrigerante 134a entra em um compressor operando em regime 
permanente como vapor saturado a 0,12 MPa e sai a 1,2 MPa e 70 °C, 
com uma vazão mássica de 0,108 kg/s. Conforme o refrigerante passa 
ao longo do compressor, a transferência de calor para a vizinhança 
ocorre a uma taxa de 0,32 kJ/s. Determine, em regime permanente, a 
potencia de acionamento do compressor em kW. (-7,35 kW) 
 
14. Ar é comprimido em regime permanente de 1 bar, 300 K, até 6 bar 
com uma vazão mássica de 4 kg/s. Cada unidade de massa, à medida 
que passa da entrada para a saída, sofre um processo descrito por 
	 4	
pv1,27 = constante. A transferência de calor ocorre a uma taxa de 46,95 
kJ para cada quilo de ar que escoa para uma água de resfriamento 
circulando através de camisas d’agua que envolvem o compressor. Se 
as variações das energias cinética e potencial do ar entre a entrada e 
a saída são desprezíveis, determine a potencia do compressor em kW. 
(-750 kW) 
 
15. Uma bomba fornece constantemente água través de uma mangueira 
na qual encontra-se acoplado um bocal. A saída do bocal possui um 
diâmetro de 2,5 cm e encontra-se localizada a 4 m acima do tubo de 
entrada da bomba, que possui um diâmetro de 5,0 cm. A pressão é 
igual a 1 bar na entrada e na saída e a temperatura é constante e igual 
a 20°C. A magnitude da potencia requerida pela bomba é de 8,6 kW, e 
a aceleração da gravidade é g = 9,81 m/s2. Determine a vazão 
mássica fornecida pela bomba, em kg/s. (15,98 kg/s) 
 
16. Vapor a 0,07 MPa e com uma entalpia específica de 2431,6 kJ/kg 
entra em um trocador de calor operando em regime permanente e sai 
com a mesma pressão como líquido saturado. A vazão mássica do 
vapor é de 1,5 kg/min. Um fluxo de ar separado com uma vazão 
mássica de 100 kg/min entra no trocador a 30°C e sai a 60°C. O 
modelo de gás ideal com cp = 1,005 kJ/kg.K pode ser admitido para o 
ar. Os efeitos das energias cinética e potencial são desprezíveis. 
Determine (a) o título do vapor que entra (0,9) e (b) a taxa de 
transferência de calor entre o trocador de calor e sua vizinhança, em 
kW. (-1,12 kW) 
 
17. A figura seguinte mostra uma torre de resfriamento operando em 
regime permanente. Água quente vinda de uma unidade de ar 
condicionado entra a 49 °C com uma vazão mássica de 0,50 kg/s. Ar 
seco entre na torre a 21 °C, 1 atm e com uma vazão volumétrica de 
1,41 m3/s. Devido à evaporação no interior da torre, ar úmido escapa 
pelo topo com uma vazão mássica de 1,64kg/s. Água líquida resfriada 
é coletada na base da torre para retornar à unidade de 
condicionamento de ar juntamente com água de reposição. Determine

Crie agora seu perfil grátis para visualizar sem restrições.