Exercicios Propostos 2

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Universidade Federal do ABC

Prof. Dr. Jose Rubens Maiorino

joserubens.maiorino@ufabc.edu.br

BC1309

Termodinâmica Aplicada

BC1309

Termodinâmica Aplicada

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Exercícios Propostos 2

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Exercícios

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1. Um recipiente com volume de 5m3 _{contém 0,05 m}3 _{de água líquida saturada e}

4,95 m3 _{de água no estado de vapor saturado a pressão de 100 kPa. Calor é}

transferido à água até que o recipiente contenha apenas vapor saturado. Determinar o calor transferido durante o processo. (R: 104.981 kJ)

2. Um cilindro provido de pistão apresenta volume inicial de 0,1 m3 _{e contém}

nitrogênio a 150 kPa e 25°C. Comprime-se o nitrogênio, movimentando o pistão até que a pressão e a temperatura se tornem iguais a 1000 kPa e 150°C. Durante esse processo, calor é transferido do nitrogênio e o trabalho realizado

pelo nitrogênio é de 20 kJ. Determine o calor transferido no processo.

(R. - 4,17 kJ)

3. Um tanque rígido com volume de 0,1 m3 _{contém nitrogênio a 900 K e 3 MPa.}

O tanque é então, resfriado até que a temperatura atinja 100 K. Qual é o trabalho realizado e o calor transferido durante o processo? (R: 0 kJ; -669,13 kJ)

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4 Um conjunto cilindro-pistão-mola linear contém 2 kg de CO₂. Inicialmente a

temperatura e a pressão são iguais a 500 kPa e 400°C. O CO₂ é então resfriado até 40ºC, onde nesta condição a pressão se torna igual a 300 kPa. Calcule a transferência de calor neste processo. (R. - 515,8 kJ)

5 Um conjunto cilindro-pistão contém ar. No estado inicial o ar possui pressão de 400 kPa e temperatura de 600 K. Detectou-se a ocorrência de um processo de expansão politrópico até o estado onde a pressão e a temperatura são iguais a 150 kPa e 400K. Determine o expoente politrópico referente a esse processo. Calcule também o trabalho e o calor trocado por unidade de massa de ar durante o processo. (R. 1,705; 81,45 kJ/kg; -61,85 kJ/kg)

6. Um conjunto cilindro-pistão opera a pressão constante (700 kPa) e contém água. Inicialmente, o volume ocupado pela água e o título são iguais a 0,1 m3 e 90%. Um aquecedor é ligado e á água é aquecida com uma taxa de

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7. Um aquecedor de água operando em regime permanente possui duas entradas e uma saída. Na entrada 1, vapor de água entra a uma pressão de 700 kPa e temperatura de 200ºC com uma vazão mássica de 40 kg/s. Na entrada 2, água líquida saturada a uma pressão de 700 kPa entra através de uma área de 25 cm2_.

Líquido saturado a 700 kPa deixa o aquecedor no ponto 3 com uma vazão volumétrica de 0,06 m3_{/s. Determine a vazão na entrada 2 e na saída em kg/s e a}

velocidade na entrada 2, em m/s. (R: 14,16kg/s; 54,16 kg/s; 6,273 m/s)

8. Fluído refrigerante R-22 entra no condensador de um sistema de refrigeração operando em regime permanente a 1200 kPa e 50ºC através de um tubo de 2,5 cm de diâmetro. Na saída, a pressão é de 1200 kPa, a temperatura vale 28ºC e a velocidade é de 2,5 m/s. A vazão mássica de refrigerante é de 5 kg/min. Determine: a) velocidade de entrada em m/s; b) o diâmetro de saída do duto em cm. (R. 3,744 m/s; 0,59 cm)

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9 Vapor de água a 1200 kPa e 520ºC entra em um volume de controle operando em regime permanente com uma vazão volumétrica de 460 m3 _{/min. Vinte e dois por}

cento do escoamento sai a 500 kPa e 220ºC com uma velocidade de 20 m/s. O restante sai por outro lugar com uma pressão de 6 kPa e título de 86% e com uma velocidade de 500 m/s. Determine os diâmetros, em m, de cada duto de saída.

(R: D₂= 0,3974 m; D₃ = 1,014 m)

10 Uma banheira que, inicialmente estava vazia e com o ralo tampado está sendo alimentada com 10 quilogramas de água por minuto. Após 10 minutos do inicio da operação de enchimento, a tampa do ralo foi retirada e a vazão de alimentação de água foi reduzida de 10 quilogramas por minuto para 2 quilogramas por minuto. Considere que a vazão em massa de água no ralo é constante e igual a 4 quilogramas por minuto. Determine o tempo necessário para que não exista água na banheira. Considere que o intervalo de tempo inicia na partida da primeira operação de enchimento da banheira. (R: 60 min)

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11 A vazão em massa e vapor de água na seção de alimentação de uma turbina é1,5kg/s e o calor transferido da turbina é 8,5 kW. São conhecidos os seguintes dados para o vapor de água que entra e sai da turbina. Entrada: pressão de 2,0 Mpa, temperatura de 350ºC, velocidade de 50 m/s e cota em relação ao um plano de referência de 6m. Saída: pressão de 0,1 Mpa, vapor saturado, velocidade de 100m/s e cota de 3m. Determine a potência produzida por esta turbina (R: 678,2 kW)

12 O compressor utilizado numa indústria química é alimentado com dióxido de carbono a 100 kPa e 280 K. A velocidade do escoamento na seção de alimentação é baixa. A pressão e a temperatura na seção de descarga do compressor são iguais a 1100 kPa e 500 K. O dióxido de carbono deixa o compressor a 25 m/s e escoa para um pós-resfriador, que é um trocador de calor. O dióxido de carbono deixa o trocador de calor a 1100 kPa e 350 K. Sabendo que a potência utilizada no acionamento do compressor é de 50 kW, determine a taxa de transferência de calor no pós-resfriador.

(R: -35,2 kW)

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14 Consideremos o processo de estrangulamento numa válvula de expansão, ou através do tubo capilar, num ciclo de refrigeração por compressão de vapor. Nesse processo, a pressão do refrigerante cai da alta pressão do condensador para a baixa no evaporador e, durante este processo, uma parte do líquido vaporiza. Se considerarmos o processo como adiabático, o título do refrigerante ao entrar no evaporador pode ser calculado. Admitindo que o fluido refrigerante seja amônia, que esta entra na válvula de expansão a 1,5 Mpa e a 35ºC e que a pressão, ao deixar a válvula, é de 291 kPa, calcule o título da amônia na saída da válvula de expansão.

(R: 0,1638)

13 Vapor de água a 0,6 MPa e 200ºC entra num bocal isolado termicamente com uma velocidade de 50 m/s e sai com velocidade de 600m/s, a pressão de 0,15 MPa. Determine, no estado final, a temperatura do vapor se este estiver superaquecido ou o título se estiver saturado. (R: 0,99)

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16 Vapor de água a pressão de 1,4 Mpa e 300ºC escoa em um tubo. Um tanque inicialmente evacuado, está conectado a esse tubo através de uma ramificação com válvula. Abre-se a válvula e o vapor enche o tanque até que a pressão atinja 1,4 Mpa. Nesta condição, a válvula é fechada. O processo é adiabático e as variações de energias cinética e potencial são desprezíveis. Nestas condições, determine a temperatura final do vapor no tanque. (R: 452ºC)

17 Supondo que o tanque do exemplo anterior tenha um volume de 0,4 m3 _{e que}

inicialmente contenha vapor saturado a 350 kPa. Abre-se a válvula e o vapor de água da linha, a 1,4 MPa e 300ºC, escoa para o tanque até que a pressão atinja 1,4 Mpa. Calcule a massa de vapor de água que escoa para o tanque. (R: 1,263 kg)

15 Considere um condensador resfriado a água de um sistema de refrigeração de grande porte que utiliza R-134a como fluído refrigerante. O refrigerante entra no condensador a 60ºC e 1MPa e o deixa como líquido a 0,95 MPa e 35ºC. A água de resfriamento entra no condensador a 10ºC e sai a 20ºC. Sabendo que a vazão de refrigerante é de 0,2 kg/s, determine a vazão de água de resfriamento neste condensador (R: 0,919 kg/s)