Lista de Exercícios Resolvidos - Máquinas Térmicas - Engenharia Mecânica

Engenharia Mecânica Máquinas Térmicas MTEM7 Prof Dr Rafael dos Santos LISTA DE EXERCÍCIOS 1 Exercício 1 Considere um sistema que consiste em uma mistura bifásica líquidovapor de água a 100oC e título de 09 Determine o volume específico da mistura Esboce o diagrama T 𝜈 de modo a destacar o volume específico e a pressão de saturação da mistura Exercício 2 Determine a pressão da água em cada um de três estados definidos pela temperatura de 100oC e volumes específicos de respectivamente 𝜈1 2434 m3kg 𝜈2 10 m3kg e 𝜈3 00010423 m3kg Demonstre graficamente por meio de diagramas T 𝜈 e p 𝜈 cada um dos três pontos Exercício 3 Um reservatório rígido e fechado de 05 m3 de volume é colocado sobre uma placa aquecida Inicialmente o reservatório contém uma mistura bifásica de água liquida saturada e de vapor dágua saturado a pressão p1 1 bar com título de 05 Após o aquecimento a pressão do reservatório é de p2 15 bar Indique os estados inicial e final em um diagrama T 𝜈 e determine a A temperatura em oC nos estados 1 e 2 b A massa de vapor presente nos estados 1 e 2 em kg c Considerando que o aquecimento continua determine a pressão e a temperatura na qual o reservatório contém somente vapor saturado Exercício 4 Levando em conta os dados do exercício anterior Exercício 3 considere um aquecimento com volume específico constante a partir do estado 3 até um estado em que a pressão atinja 3 bar Determine a temperatura nesse estado Exercício 5 Determine a fase para cada um dos seguintes estados da água usando as Tabelas de Vapor e indique a posição relativa dos mesmos em diagramas T 𝜈 e P 𝜈 a 120oC 500 kPa b 120oC 05 m3kg Exercício 6 Um recipiente fechado contém 01 m3 de líquido saturado e 09 m3 de vapor saturado do fluido refrigerante R134a em equilíbrio a 30oC Determine o percentual de vapor em uma base mássica Exercício 7 Determine a fase para cada um dos estados seguintes através das tabelas de propriedades dos fluidos e indique a posição relativa de cada ponto em diagramas T 𝜈 e P 𝜈 a Amônia a 30oC e 1000 kPa b R134a a 200 kPa e 0125 m3kg Exercício 8 Um vaso rígido contém vapor saturado de amônia a 20oC Calor é transferido ao sistema até que a temperatura alcance 40oC Qual a fase da amônia Qual a pressão final do sistema Exercício 9 Determine a pressão da água para uma temperatura de 200oC e 𝜈 04 m3kg Exercício 10 Qual a massa de ar contida em uma sala de 6 m x 10 m x 4 m se a pressão é 100 kPa e a temperatura é 25oC Do tabela AZ SHAPIRO VF 10435 x 103 m3Kg Vg 1673 m3Kg V Vf X Vg Vf V 104351000 09 1673 104351000 1506 m3Kg 2 V2 vai entre Vf e Vg a pressão é a pressão de saturação que corresponde a 100ºC que é 1014 bar Finalmente com V3 é menor que Vf o estado 3 está na região líquida pela tabela A5 chegaram a pressão de 25 bar Da tabela AZ SHAPIRO 1 Vf 10435 x 103 m3Kg Vg 1673 m3Kg V1 Vg no estado 1 estamos na região do vapor a tabela A4 nos informa a pressão de 070 bar No estado 2 a pressão é constante sendo o volume a mano constantes V2 V1 então para P2 15 bar usando a tabela A3 0timas Vf2 10582 x 103 m3Kg Vg2 159 m3kg sabendo que Vf V2 Vg2 estamos na região bifásica a Como estamos na região bifásica as temperaturas de 2 e 1 são as temperaturas de saturação que encontramos pelo tabela A3 T1 9963ºC e T2 1114ºC b a massa do vapor pode ser encontrada sabendo que V VmT mT VV 05 m308475 m3Kg 059 Kg mV1 X1mT 05 059 Kg 0295 Kg no estado 1 O título do estado 2 pode ser encontrado por afimção X2 V Vf2Vg2 Vf2 X2 08475 1058 x 1031159 10528 x 103 X2 0731 mV2 X2 mT 0731 059 Kg mV2 0431 Kg no estado 2 c No aquecimento contínuo chegaremos ao ponto de vapor saturado assim a pressão corresponde à pressão de saturação usando a tabela A3 interpolando chegamos a P3 211 bar 4 Acima do ponto 3 estamos em vapor superaquecido considerando P3 3 bar e V3 08475 m3Kg pelo tabela A4 chegamos a uma temperatura de 282ºC 5 a 120ºC 500 KPa Pstat 1985kPa luga comprimido Pela tabela A2 obtemos 10603 x 103 m3Kg b 120ºC V 05 m3Kg Pela tabela AZ obtemos Pb 1985 bar Vamos descobrir o título x Vf x Vg Vf x V VfVg Vf X 05601 Região bifásica b Vt Vl Vv 01m3 09m3 1m3 T 30ºC R 134A mLg mLg Vl mLg 010000843 1186 kg V vapor m vapor Vv mV V vapor Vv 09002671 337 kg mT ml mv 1523 kg x mVop mT 3371523 0221 ou 221 a AMonia 30ºC e 1000 kPa da tabela A14 p T 30º a pressão de saturação correspondente é 167 bar como P é que Psat a amonia esta em vapor superaquecido A temperatura de saturação é 25ºC b 134a 200 kPa 0125 m3kg Na Tabela A10 temos v vg 00993 m3kg 8 da tabela A14 temos v1 v2 014922 m3kg como vg é menor que v1 é evidente que a Ammonia esta no região de vapor superaquecido no estado final pela usando a tabela A15 podemos interpolar entre 800 e 1000 kPa para encontrar P2 945 kPa 9 da tabela A2 temos p T 200ºC V vg 01273 Portanto temos Vapor Sup Se pegarmos a tabela A4 em qualquer valor de pressão a 200ºC poderemos estabelecer uma relação linear Vejamos pl 500 kPa v 042492 m3kg pl 600 kPa v 0352 m3kg por interpolacões dtomo 5302 KPa 10 Vamos usar a eq de gás ideal m PV RT 100 kNm2 x 6mx10mx4m 0287 kNmkgK x 2982 K 2805 K