lista de balanço de energia

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
CENTRO DE TECNOLOGIA 
Departamento de Engenharia Química 
Disciplina: TF0353 Princípios de Processos Químicos 
e Bioquímicos 
Profa. Aline Mara Maia Bessa 
Lista – Balanço de Energia 
 
 
 
 
 
1. Um gás contido em um cilindro dotado de um pistão que pode se mover sem atrito. 
Um peso colocado sobre o pistão garante uma pressão total exercida sobre o gás 
de 200 kPa. Inicialmente, o gás ocupa o volume de 0,02m3, quando calor na 
quantidade de 25 kJ é fornecido ao gás, aquecendo-o e fazendo-o expandir até o 
volume de 0,05m3 à pressão constante (o peso é mantido sobre o pistão). Calcule. 
 
a) O trabalho exercido pelo gás sobre as vizinhanças. 
b) A variação de energia interna. 
 
2. Um arranjo pistão-cilindro com batentes contém inicialmente 0,3 kg de vapor de 
água a 1,0 MPa e 400 °C. A localização dos batentes corresponde a 60% do 
volume inicial. Nessas condições, começa-se a resfriar o vapor. Determine o 
trabalho de compressão caso o estado final seja (a) 1,0 MPa e 250 °C e (b) 500 
kPa. (c) Determine também a temperatura no estado final na parte (b). 
 
3. Um vaso rígido de 10 L inicialmente contém uma mistura de líquido e vapor de 
água a 100 °C com qualidade de 12,3%. A mistura é então aquecida até que sua 
temperatura seja de 150 °C. Calcule a transferência de calor necessária para este 
processo. 
 
4. Uma turbina, acionada a vapor de água, opera adiabaticamente com uma potência 
de 3.000 kW. O vapor que aciona a turbina com uma velocidade de 60 m/s é 
disponível a 2 Mpa e 600K e é descarregado saturado à pressão de 200 kPa e com 
uma velocidade de 300 m/s. Calcule a vazão mássica de vapor de água através da 
turbina. 
 
5. Ar deverá ser comprimido das condições ambientes (pressão de 100 kPa e 
temperatura de 300K) para a pressão de descarga de 1Mpa e temperatura de 320K. 
Se a vazão mássica de ar é 10.000 kg/h e a tubulação de descarga do compressor 
é de 75 mm. Calcule a potência fornecida pelo compressor. 
Dados: 𝑣(1𝑀𝑃𝑎 𝑒 320𝐾) = 0,0917 𝑚
3 𝐾𝑔⁄ , �̂�(1𝑀𝑃𝑎 𝑒 320𝐾) = 318,7 𝑘𝐽/𝐾𝑔, 
�̂�(100𝐾𝑃𝑎 𝑒 300𝐾) = 300,3 𝑘𝐽/𝐾𝑔 
 
6. Uma turbina descarrega 200 kg/h de vapor saturado a 10 bar(absoluto). Deseja-se 
gerar vapor a 250°C e 10 bar misturando a descarga da turbina com uma segunda 
corrente de vapor superaquecido a 300 °C e 10 bar. 
a) Se são gerados 300 kg/h da corrente de produto, quanto calor deve ser adicionado 
ao misturador? 
 
b) Se o processo de mistura é conduzido de forma adiabática, qual é a taxa de geração 
do vapor produto? 
 
 
7. Válvula de estrangulamento é um dispositivo que tem por objetivo reduzir a 
pressão de um fluido por meio de uma restrição no escoamento. A passagem do 
fluido por esse dispositivo ocorre de maneira rápida, portanto a troca térmica pode 
ser desconsiderada. Também não há trabalho de eixo, variações de energia 
cinética ou potencial. Por isso, essa válvula é tida como isentálpica. Água 
disponível a 1400 kPa e 450 K passa através de uma válvula de estrangulamento 
em que é mantida na saída a pressão constante de 140 kPa. Estime a temperatura 
na saída da válvula e a % em massa de água que se vaporiza. 
 
8. Água está sendo bombeada do fundo de um poço, com 15ft de profundidade, a 
uma taxa de 200 gal/h, para um reservatório ventilado, objetivando-se manter um 
nível de água no tanque 165 ft acima do chão. Para impedir o congelamento no 
inverno, um pequeno aquecedor fornece 30.000 Btu/h à água durante a 
transferência do poço ao reservatório. O sistema global perde calor a uma taxa 
constante de 25000 Btu/h. Qual a temperatura da água ao entrar no reservatório, 
sabendo-se que a água no poço está a 35°F? É usada uma bomba de 2hp para 
bombear a água. Cerca de 55% da potência da bomba são efetivos para o 
bombeamento e o restante é dissipado na forma de calor. 
 
Exercícios sugeridos do Felder: Capitulo 7(7, 13, 22, 25, 29 e 55) Capítulo 8(1, 4, 
5, 14, 20, 22, 36 e 45) 
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