Shapiro_Exercicios_Cap_4_Parte_I

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Termodinâmica A – Lista de Exercícios 6 
Lista de Exercícios do capítulo 4 do Livro-texto: Moran, M. J., Shapiro, H. N., 
Princípios de Termodinâmica para Engenharia, 6ª Edição, Editora LTC, Rio de 
Janeiro/RJ, 2009. 
 
Problema 4.4 
A figura ilustra os dados para um tanque de armazenamento de óleo bruto. O tanque 
inicialmente contém 1000m3 de óleo bruto. O óleo é bombeado para o tanque 
através de um tubo a uma taxa de 2m3/min e sai do tanque a uma velocidade de 
1,5m/s através de um outro tubo com diâmetro de 0,15m. Óleo bruto possui um 
volume específico de 0,0015m3/kg. Determine: 
a) A massa de óleo no tanque, em kg, após 24h; 
b) O volume de óleo no tanque, em m3, nesse instante. 
 
 
 
 
Problema 4.12 
Refrigerante 134a entra no condensador de um sistema de refrigeração operando 
em regime permanente a 9bar e 50°C através de um tubo de 2,5cm de diâmetro. Na 
saída a pressão é de 9bar, a temperatura é de 30°C e a velocidade é de 2,5m/s. A 
vazão mássica de entrada do refrigerante é 6kg/min. Determine: 
a) A velocidade na entrada em m/s; 
b) O diâmetro na saída do tubo em cm. 
 
Problema 4.13 
Vapor a 160bar e 480°C em uma turbina operando em regime permanente com uma 
vazão volumétrica de 800m3/min. Dezoito por cento do escoamento sai a 5bar, 
240°C, com uma velocidade de 25m/s. O restante sai por outro local com uma 
pressão de 0,06bar, título de 94% e com uma velocidade de 400m/s. Determine os 
diâmetros, em m, de cada duto de saída. 
 
Problema 4.27 
Ar a 600kPa e 330K entra em um tubo horizontal e bem isolado com 1,2cm de 
diâmetro e sai a 120kPa e 300K. Aplicando o modelo de gás ideal para o ar, 
determine em regime permanente determine: 
a) as velocidades na entrada e na saída, em m/s; 
b) A vazão mássica, em kg/s. 
 
 
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Problema 4.31 
Vapor entra em um bocal que opera em regime permanente a 30bar, 320°C e a uma 
velocidade de 100m/s. A pressão e a temperatura na saída são, respectivamente, 
10bar e 200°C. A vazão mássica é de 2kg/s. Desprezando os efeitos de transferência 
de calor e energias potencial, determine: 
a) A velocidade, em m/s, na saída; 
b) As áreas de entrada e saída, em cm2. 
 
Problema 4.38 
Ar entra em um difusor isolado operando em regime permanente, com uma pressão 
de 1bar, uma temperatura de 300K e uma velocidade de 250m/s. Na saída, a pressão 
é de 1,13bar e a velocidade é de 140m/s. Os efeitos da energia potencial podem ser 
desprezados. Utilizando o modelo de gás ideal, determine: 
a) A razão entre a área de saída e a área de entrada; 
b) A temperatura de saída, em K. 
 
Problema 4.41 
Vapor d’água a 4MPa entra em uma turbina bem isolada operando em regime 
permanente com uma entalpia específica de 3015,4kJ/kg e uma velocidade de 
10m/s. O vapor d’água se expande até a saída da turbina, onde a pressão é de 
0,07MPa, a entalpia específica é 2431,7kJ/kg e a velocidade é 90m/s. A vazão é de 
11,95kg/s. Desprezando os efeitos de energia cinética e potencial, determine a 
potência desenvolvida pela turbina, em kW. 
 
Problema 4.43 
Ar se expande uma turbina de 10bar, 900K até 1bar e 500K. A velocidade na entrada 
é pequena, comparada com a velocidade na saída, cujo valor é 100m/s. A turbina 
opera em regime permanente e desenvolve uma potência de 3200kW. A 
transferência de calor entre a turbina e a vizinhança, juntamente com os efeitos da 
energia potencial, é desprezível. Calcule a vazão mássica do ar, em kg/s, bem como 
a área na saída, em m2. 
 
Problema 4.46 
Uma turbina bem isolada operando em regime permanente desenvolve 23MW de 
potência a uma vazão mássica de vapor d’água de 40kg/s. O vapor d’água entra a 
360°C com uma velocidade de 35m/s e sai como vapor saturado a 0,06bar com uma 
velocidade de 120m/s. Desprezando efeitos da energia potencial, determine a 
pressão na entrada, em bar. 
 
Problema 4.51 
Vapor a 1600lbf/in2 (11,0MPa), 1000°F (537,8°C) e com uma velocidade de 2ft/s 
(0,61m/s) entra em uma turbina operando em regime permanente. Conforme 
mostrado na figura, 22% da vazão de entrada são extraídos a 160 lbf/in2 (1,1MPa), 
450°F (232,2°C), com uma velocidade de 10ft/s (3,0m/s). O restante sai como uma 
mistura bifásica líquido-vapor a 1 lbf/in2, título igual a 85% e a uma velocidade de 
150ft/s (45,7m/s). A turbina desenvolve uma potência de 9x109Btu/h (263,7kW). 
Desprezando os efeitos de energia potencial e a transferência de calor entre a 
turbina e a vizinhança, determine: 
 
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a) A vazão mássica do vapor que entra na turbina; 
b) O diâmetro do duto de extração. 
 
 
 
 
 
Problema 4.52 
Ar a 1atm e com uma entalpia específica de 290kJ/kg entra em um compressor 
operando em regime permanente e sai com uma pressão superior e uma entalpia 
específica de 1023kJ/kg. A vazão mássica é de 0,1kg/s. Considerando que a potência 
de entrada do compressor é de 77kW, determine a transferência de calor entre o 
compressor e sua vizinhança, em kW. Despreze os efeitos das energias cinética e 
potencial. 
 
Problema 4.53 
Ar a 1,05bar e 300K entra em um compressor operando em regime permanente, 
com uma vazão volumétrica de 12m3/min, e sai a 12bar e 400K. A transferência de 
calor entre o compressor e sua vizinhança ocorre a uma taxa de 2kW. Admitindo o 
modelo de gás ideal para o ar e desprezando os efeitos das energias cinética e 
potencial, determine a potência de entrada, em kW. 
 
Problema 4.0 
Ar é comprimido em regime permanente de 1bar, 300K, até 6bar com uma vazão 
mássica de 4kg/s. Cada unidade de massa, à medida que passa da entrada para a 
saída, sofre um processo descrito por 𝑝𝑣𝑛 = 𝑐𝑡𝑒. A transferência de calor ocorre a 
uma taxa de 46,95kJ para cada quilo de ar que escoa para uma água de resfriamento 
circulando através de camisas d’água que envolvem o compressor. Se as variações 
das energias cinética e potencial do ar entre a entrada e saída são desprezíveis, 
determine a potência do compressor, em kW. 
 
Problema 4.67 
Uma bomba fornece constantemente água através de uma mangueira na qual 
encontra-se acoplado um bocal. A saída do bocal possui um diâmetro de 2,5cm e 
encontra-se localizada a 4m acima do tubo de entrada da bomba, que possui um 
diâmetro de 5,0cm. A pressão é igual a 1bar na entrada e na saída e a temperatura é 
constante e igual a 20°C. A magnitude da potência requerida pela bomba é de 8,6kW. 
Determine a vazão mássica fornecida pela bomba, em kg/s. 
 
 
 
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Problema 4.74 
Vapor a uma pressão de 0,08bar e um título de 93,2% entra em um trocador de calor 
casco e tubo, onde se condensa no exterior de tubos nos quais água de resfriamento 
escoa, saindo como líquido saturado a 0,08bar. A vazão mássica do vapor 
condensado é 3,4x105kg/h. A água de resfriamento entra nos tubos a 15°C e sai a 
35°C com uma variação de pressão desprezível. Desprezando as perdas de calor e 
ignorando os efeitos das energias cinética e potencial, determine a vazão mássica da 
água de resfriamento, em kg/h, para a operação em regime permanente. 
 
Problema 4.75 
A serpentina de resfriamento de um sistema de ar condicionado é um trocador de 
calor onde o ar escoa sobre tubos através dos quais flui Refrigerante 22. O ar entra 
com uma vazão volumétrica de 40m3/min a 27°C, 1,1bar e sai a 15°C. Ignorando a 
transferência de calor no exterior do trocador e desprezando os efeitos das energias 
cinética e potencial, determine, considerando regime permanente, 
a) A vazão mássica do refrigerante, em kg/min; 
b) A taxa de transferência de energia, em kJ/min, do ar para o refrigerante.