Lista de Exercícios - Engenharia Mecânica: Máquinas Térmicas

Engenharia Mecânica Máquinas Térmicas MTEM7 Prof Dr Rafael dos Santos LISTA DE EXERCÍCIOS 2 Exercício 1 Um tanque de 01 m3 contém 8 kg de nitrogênio a 250 K O tanque é aquecido até a temperatura de 350 K Determine a pressão final e o calor trocado nesse processo Considere cV 0745 kJkgK e RG 02968 kJkgK Exercício 2 Um conjunto cilindroêmbolo está cheio de ar à temperatura ambiente de 20oC sendo a massa de ar contida no conjunto de 30 gramas O êmbolo comprime o ar por um curso de 60 milímetros aplicando uma força constante de 1000 N Ao final do curso de compressão o ar atinge a temperatura de 50oC Calcule o calor trocado pelo sistema Considere cp 1005 JkgK e cV 718 JkgK Exercício 3 Ar é aquecido à pressão constante em um conjunto cilindro êmbolo Inicialmente o ar está a 20oC ocupando um volume de 1500 cm3 e o volume total do cilindro é de 2000 cm3 Ao final da expansão o ar está a 200oC A expansão ocorre contra a pressão atmosférica de 100 kPa despreze a massa do êmbolo Após a expansão calor ainda é fornecido ao sistema e a temperatura do ar é elevada até 260oC Determine o volume final caso a expansão ocorresse livremente até o patamar de 200oC e o calor total necessário ao final de todo o processo Considere cp 1005 JkgK cV 718 JkgK e RG 287 JkgK Exercício 4 Um cilindro e êmbolo contém 300 g de ar a 100oC e pressão de 12 MPa A expansão do pistão é isotérmica até a pressão final de 100 kPa Calcule o trabalho realizado e o calor trocado com o meio Considere cV 718 JkgK e RG 287 JkgK Exercício 5 Água a 20oC escoa por um tubo com diâmetro de 25 mm e velocidade de 30 ms A água passa por uma serpentina de resfriamento e na saída da mesma sua temperatura é de 5oC Calcule o calor retirado da água Considere a massa específica da água igual a 1000 kgm3 e o calor específico para a água igual a 42 kJkgoC Engenharia Mecânica Máquinas Térmicas MTEM7 Prof Dr Rafael dos Santos Exercício 6 Uma caldeira deve produzir 20 th de vapor saturado a 160oC cuja pressão de saturação é psat 6178 kPa pressão absoluta A água é alimentada a 80oC por uma bomba que fornece pressão de 58 bar pressão manométrica ou seja relativa Calcule o fluxo de calor fornecido pela caldeira Considere a pressão atmosférica de 101 kPa Exercício 7 Turbina a vapor é um tipo de máquina térmica motora isto é ela produz trabalho a partir da expansão do vapor em seu interior É aplicada em centrais termoelétricas a vapor como a denotada na figura abaixo Em algumas indústrias ela pode ser aplicada no acionamento de bombas ventiladores compressores geradores entre outras máquinas No ponto de entrada o vapor está superaquecido em alta pressão e na saída o vapor está saturado em baixa pressão Esse tipo de turbina geralmente recebe a denominação de turbina de condensação Calcule a potência desenvolvida por uma turbina cujas condições de entrada e saída são conhecidas conforme apresentado a seguir Entrada Tvapor 350oC pvapor 60 MPa ventrada 60 ms zentrada 5 m Saída Tsaturação 90oC psaturação 7014 kPa vsaída 180 ms zsaída 5 m Considere que no processo de expansão a turbina dissipe 50 kW de calor para o meio e que o fluxo de vapor que passa pela turbina é de 60 th Exercício 8 Um fluido muito utilizado nos sistemas de refrigeração industrial é a amônia NH3 Em um trocador de calor chamado de condensador um fluxo de 02 kgs de amônia entra com temperatura de 80oC e pressão absoluta de 600 kPa Na saída a Engenharia Mecânica Máquinas Térmicas MTEM7 Prof Dr Rafael dos Santos amônia está a 25oC e pressão absoluta de 500 kPa Esse resfriamento é obtido por circulação de água fria que retira calor da amônia conforme esquematizado na figura abaixo O fluxo de água é de 1 kgs com temperatura de entrada de 20oC Calcule a temperatura de saída da água Exercício 9 Uma vazão de 80 m3h de água a 20oC dever ser bombeada de 100 kPa até 1000 kPa Calcule a potência necessária para esse bombeamento Despreze o aquecimento da água e considere o volume específico da água constante e igual a 0001 m3kg Exercício 10 Uma corrente de ar para combustão é aquecida de 25oC até 120oC por meio de uma troca de calor com gases de combustão de um forno conforme ilustrado a seguir A seção do duto de ar tem 05 m2 e a velocidade da corrente de ar antes do trocador é de 4 ms Calcule a velocidade da corrente de ar após o aquecimento supondo que a pressão se mantenha constante e igual a 10135 kPa Calcule também o fluxo de calor absorvido pela corrente de ar Rar 287 JkgK cPar 1008 JkgK Exercício 11 O fluxo de massa de ar por um compressor é de 05 kgs A temperatura do ar na entrada é de 20oC e na saída 60oC O fluxo de calor de calor dissipado pelo compressor para o meio é de 5 kW Calcule a potência que deve ser fornecida para o compressor Considere cPar 1008 JkgK