Lista de Exercícios nº 1 1 TERMO 2019 2

Prévia do material em texto

CURSO: ENGENHARIA QUÍMCA E MECÂNICA 
DISCIPLINA: TERMODINÂMICA 
TURMA: 0067-A 
PROFESSOR: DOUGLAS CASTRO. 
 
1º LISTA DE EXERCÍCIOS (3,0 PTS) 
 
1) Duas tubulações distintas com diâmetros internos de 0,050 m (d1) e 0,076 m (d2) 
transportam água a 25°C a 2 e 3 m/s, respectivamente (Figura). Sabendo que essas 
tubulações convergem para um “tê” misturador conectado a uma tubulação de saída de 
0,127 m de diâmetro (d3), calcule a velocidade média final de escoamento. 
Dado: densidade da água a 25°C = 997,0 kg/m3. 
 
 
 
2) Ao passar por uma turbina adiabática (Figura Abaixo), vapor inicialmente a 500°C e 
3,5 MPa se expande até 200°C e 0,3 MPa, para gerar 750 kW. Qual deve ser a vazão de 
vapor para se atender a essa demanda? Dados: para o vapor, nas condições iniciais, H1 = 
3450,9 kJ/kg; nas condições 
finais, H2 = 2865,6 kJ/kg; 1 kW = 1 kJ/s
-1
. 
 
 
3) Água inicialmente a 40°C é bombeada a partir de um tanque de armazenagem a 
uma vazão de 100 kg/min e deve atingir um segundo tanque, localizado 25 m acima do 
primeiro, a 25°C (Figura Abaixo). Qual deve ser a potência da bomba utilizada nesse 
transporte de água, se no caminho entre o primeiro e o segundo tanques ocorre uma 
perda de calor à taxa de 100 kJ/s? 
Dados: entalpia da água líquida: 104,89 kJ/kg a 25°C, 
entalpia da água líquida: 167,50 kJ/kg a 40°C 
 
 
 
4) Nas plantas de ácido sulfúrico, geralmente se produz um grau de ácido e a partir 
desta composição o ácido é diluído para produzir concentrações diferentes para 
comercialização. Uma planta de ácido sulfúrico produz como composição primária, 
ácido sulfúrico a 85% (em mol). Num tanque de mistura deve-se produzir ácido 
sulfúrico a 20% (em mol). Para diluir o ácido sulfúrico concentrado, a fábrica utiliza 
água vinda de uma torre de lavagem dos gases do reator que possui uma concentração 
de 5% (em mol) de H2SO4. Calcule a vazão mássica das duas correntes de entrada 
necessárias para produzir 100 kg/h de H2SO4 a 20% (em mol). 
Dados: Peso molecular H2SO4 = 98 g/mol 
Peso molecular H2O = 18 g/mol 
 
 
 
5) Bocais são tubos com uma redução de diâmetro na extremidade de saída que 
proporcionam um aumento de velocidade do fluido (Figura abaixo). Dessa forma, a 
energia interna do fluido que passa por um bocal é parcialmente convertida em energia 
cinética, acarretando um aumento de velocidade do fluido e a diminuição de sua 
pressão. Por possibilitar esse aumento de velocidade, esses dispositivos estão presentes 
em máquinas de decapagem (retirada de tinta de equipamentos), de limpeza a jato de 
água, em turbinas e nos sistemas de agitação de suspensões líquidas em tanques. 
Quando o bocal é instalado no interior de um tubo conectado a um “tê” (no caso dos 
ejetores), a diminuição da pressão é suficiente para permitir o transporte de materiais 
particulados e até mesmo o resfriamento de outras substâncias, como nos sistemas 
antigos de refrigeração que utilizavam vapor para resfriar água em navios. Calcule a 
velocidade de uma corrente de vapor na saída de um bocal sabendo-se que na entrada do 
dispositivo as condições são 300 kPa e 250°C (H1 = 2967,6 kJ/kg) e 75 m/s; e na saída, 
200 kPa e 200°C (H2 = 2870,5 kJ/kg). 
 
 
6) Ar, a 1 bar e 25ºC, entra em um compressor com baixa velocidade. Ele é 
descarregado a 5 bar e entra em um ejetor no qual sofre uma expansão, atingindo uma 
velocidade final de 650 m s-1. Em condições de pressão e temperatura iguais às iniciais. 
Se o trabalho de compressão é de 240 kJ por quilograma de ar, que quantidade de calor 
deve ser removida durante a compressão? 
 
7) Os trocadores de calor são equipamentos nos quais ocorre a transferência de energia 
térmica de um fluido quente para um outro de menor temperatura. Os modelos mais 
simples consistem em uma tubulação contida em outro tubo, nos quais os fluidos quente 
e frio circulam individualmente, trocando calor através da superfície externa do tubo 
interno. São empregados nas indústrias químicas e petroquímicas para aquecer ou 
arrefecer produtos químicos, nos processos de pasteurização do leite, derivados e sucos 
de frutas, nos sistemas de refrigeração para conservação de alimentos e produtos 
industriais. Amônia, empregada como fluido refrigerante em um processo, inicialmente 
a 0°C e 100 kPa (HNH3,1 = 1472,6 kJ/kg) passa por um condensador resfriado com uma 
corrente de água (Figura) e o deixa a -20 °C e 75 kPa (HNH3,2 = 1431,7 kJ/kg). A água 
utilizada apresenta como condições iniciais 25°C e 3,2 kPa (HH2O,1 = 104,87 kJ/kg) e 
40°C e 7,4 kPa (HH2O,2 = 167,54 kJ/kg) como condições finais. Determine a vazão de 
água necessária para se resfriar amônia à vazão de 5 kg/s. 
 
 
 
8) Um dispositivo horizontal cilindro/êmbolo é colocado em um banho termostático. O 
êmbolo desliza no cilindro com atrito desprezível, e uma força externa o mantém em 
posição contra uma pressão inicial do gás de 8 bar. O volume inicial do gás é de 0,03 
m3. A força externa sobre o êmbolo é gradualmente reduzida, permitindo a expansão 
isotérmica do gás até que o seu volume dobre. Se o volume do gás estiver relacionado 
com a sua pressão de tal forma que o produto PVt seja constante, qual o trabalho 
realizado pelo gás ao deslocar a força externa? Que quantidade de trabalho seria 
realizado, se a força externa fosse subitamente reduzida à metade do seu valor inicial 
em vez de ser gradualmente reduzida? 
 
9) Quando um sistema é levado do estado a para o estado b na Figura abaixo, ao longo 
da trajetória acb, 100 J de calor fluem para dentro do sistema e o sistema realiza 40 J de 
trabalho. 
(a) Qual a quantidade de calor que flui para dentro do sistema ao longo da trajetória aeb, 
se o trabalho realizado pelo sistema for de 20 J? 
(b) O sistema retorna de b para a pela trajetória bda. Se o trabalho realizado sobre o 
sistema for de 30 J, o sistema absorverá ou liberará calor? Qual a quantidade?