2ª Lista de Termodinâmica - Parte 1

2ª Lista de Termodinâmica Parte 1 - Primeira Lei da Termodinâmica para volume de controle 1. Uma caldeira é alimentada com 5000 kg/h de água líquida a 5 MPa e 20 ºC , e d es ca rr ega vapor d´água a 450ºC e 4,5 MPa. Determine as seções de escoamen to na alimentação e descarga da caldeira, de modo que a s velocidades dos escoamento s sejam 20 m/s. R: 0,694 e 49,14 cm 2 2. Uma tubulação com 50mm de diâ metr o é utilizada para transportar 0,05 kg/s de N 2 a 1 5 º C e 0,2 MPa. Uma válvula da tubulação é fechada e passa a provoca r uma queda de pressão de 30 kPa no escoamento. Admitindo que o escoamento seja isotér m ico, determine os valores das velocidades médias no escoamento a m ontante e a jus ante da válvula. R: 10,9 e 12,8 m/s. 3. Um bocal adiabático é alimentado com a mônia a 20ºC e 800 kPa. A velocidade do escoamento na entrada do bocal é muito baixa. A pressão e a vel ocidade da seção de saída são 300 kPa e 450 m /s. Sabendo que a vazão mássica é de 0,01 kg /s, calcule a temperatura e o título na saída do bocal. (Faça as hipóteses simplificativa s) R: x=0,947 4. R134a entra em um difusor como vapor saturado a 600 kPa com velocidade de 160 m/s, e sai do difusor a 700 kPa e 40ºC . Ao l ongo do difusor calor é adicionado a uma taxa de 2 kW. Se a área de saída é 80% maior do que a área de entrada, qual é a velocidade de saída e a vazão mássica do refrigerante? (Faça as hipóteses sim plificativa s) R: 82,15 m/s; 0,297 kg/s 5. Vapor saturado de R134a é estrangulado em regime permanente de 500 kPa para 200 kPa ao passar por uma válvula de exp ansão. Qual a temperatura do fluido na saída da válvula? (Faça as hipóteses sim plificativas) R: 7,5ºC 6. Uma turbina é alimentada com ar comprimido e produz uma potênc ia de 0,1 kW. O estado na entrada da turbina é 400 kPa e 50ºC, e na saída 150 k Pa e - 3 0º C . D et e rm in e a vazão de ar na turbina. (Faça as hipóteses sim plificativas) R: 0,00125 kg/s 7. A Figura mostra o esquema de uma turbina a vapor capaz de produ zir 110 kW operando em carga parcial, quando a vazão é de 0,25 kg/s e a condição do vapor no ponto 1 é de 1,4 MPa e 250ºC, e no ponto 2 a pre ssão é de 1,1 MPa após o est rangulam ento. Sabendo que a pressão na saída da turbina é de 10 kPa, determine a temp eratura e o título n a saída da turbina. (Faça as hipóteses simplificativas ) R: 45,8ºC; 0,96 8. Um compressor é alimentado com ar a 17ºC e 100 kPa, e descarre ga o fluido a 1MPa e 600 K para um resfriador que opera a pressão constante. Sabendo q u e a t e m p e r a t u r a n a saída do resfriador é de 300 K, determine o trabalho específico do compressor e a transferência específica de cal or. (Faça as hipóteses simplific a tivas) R: 316,9 e 306,9 kJ/kg 9. Vapor entra em uma turbina de dois estágios com vazão mássica d e 13 kg/s, 600ºC e 8MPa. O vapor expande no primeiro estágio da turbina até a cond ição de vapor satu rado a 300 kPa. Após a passagem pelo primeiro estágio 10% do vapor é retirado da turbina e destinado para um outro uso. O restante do vapor continua a exp andir no segundo estágio da turbina até a pressão de 10 kPa e título de 85%. Qual a potê ncia total produzida pela turbina? R: 17,8 MW 10. Numa planta a vapor, aquecedores de água de alimentação são fre quentemente u tilizados para aquecer a água de alimentação ao a misturar com vapor reti r a d o d e u m e s t á g i o intermediário da turbina (com o no exercício 10). Considerando q ue o misturador opera a uma pressão de 1000 kPa, entram no misturador a água de alimentação a 50ºC e o vapor superaquecido a 200ºC. A água de alimentação deixa o misturador no estado de líquido saturado. Desenhe o esquema construtivo do misturador, faça as hipóteses simplificativas e determine a razão entre a v azão mássica da água de alimentaçã o e do vapor superaquecido na entra do misturador. R: 3,74 11. R134a a 1MPa e 90ºC é resfriado em um condensador para a condiç ão de tem peratura de 30ºC, sendo a passagem do R134a pelo condensador isobárica. Ar é utilizado como fase fria no condensador. O ar entra no trocador de calor a 100 kPa e 27ºC com vazão volumétrica de 600 m3/min, e deixa o trocador de calor a 95 kPa e 6 0 º C . D e s e n h e o esquema construtivo do misturador, faça as hipóteses simplifica ti va s e d e t e r mi n e a v a z ã o mássica do refrigerante. R: 1,67 kg/s 12. Uma usina geotérmica utiliza águ a quente proveniente de camadas subterrâneas da Terra para produzir potência, conforme ilustra a figura abaixo. Água a 1,5 MPa e 180ºC passa por uma válvula de estrangulamento, deixando a válvula e entran do num evaporador na condição de m istura líquido vapor a 400 kPa. O líquido é drenad o do evaporador, enquanto o vapor alimenta uma turbina. O vapor sai da turbina a 10 kPa e título de 0,9. Sabendo que a turbina produz 1 MW de potência, qual a vazão nec essária de água quente que deve ser fornecida para a central geotérmica? R: 123075 kg/h

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