Lista de Exercícios - Termodinâmica - Sistemas Abertos e Volume de Controle

4ª Lista de Exercícios Considere um tanque de armazenamento de 300 L de um sistema de aquecimento solar de água inicialmente cheio de água quente a 45 C A água quente é retirada do tanque por meio de uma mangueira de 2cm de diâmetro a uma velocidade média de 05 ms enquanto fria água entra no tanque a 20 C a uma taxa de 5 lmin Determinar a quantidade de água no depósito após um período de 20 minutos Assuma que a pressão no tanque se mantém constante a 1 atm Resp 2116 kg O ar entra num bocal adiabático em estado estacionário a 300 kPa 200 C e 30 ms e deixa a 100 kPa e 180 ms A área de entrada do bocal é de 80 cm 2 Determine a a taxa de fluxo de massa através do bocal b a temperatura de saída do ar e c a área de saída do bocal Resp a 053 Kgs b 1846C c 387 cm² Gás Nitrogênio a 60 kPa e 7 C entra em um difusor adiabático em estado estacionário com uma velocidade de 200 ms e sai a 85 kPa e 22 C Determinar a a velocidade de saída do gás e b a relação entre a entrada e a saída da área A1A2 Resp a 93 kmh b 0625 Vapor flui em estado estacionário através de uma turbina adiabática As condições de entrada do vapor são de 10 MPa 450 C e 80 ms e as condições de saída são 10 kPa 92 por cento de título e 50 m s A vazão mássica de vapor é de 12 kg s Determinar a a variação da energia cinética por unidade de massa b a potência de saída e c a área de entrada da turbina Resp a 195 KJkg b 102 MW c 4463 cm² O hélio é comprimido de 120 kPa e 310 K a 700 kPa e 430 K Uma perda de calor de 20 kJkg ocorre durante o processo de compressão Negligenciar mudanças de energia cinética determinar a entrada de energia necessária para uma taxa de fluxo de massa de 90 kgmin Considere o calor específico à pressão constante igual a 51926 KJKgK para o Hélio Resp 9647 KW Gás argônio entra em uma turbina adiabática em estado estacionário a 900 kPa e 450 C com uma velocidade de 80 ms e deixa a 150 kPa com uma velocidade de 150 ms A área de entrada da turbina é de 60 cm 2 Se a potência da turbina é de 250 kW determinar a temperatura de saída do argônio Considere o calor específico do argônio como sendo 05203 KJkg K Resp 2673 C Refrigerante134a é estrangulado a partir do estado de líquido saturado a 700 kPa a uma pressão de 160 kPa Determinar a queda de temperatura durante este processo e o volume específico final do refrigerante Resp 423 C 00344 m³Kg Um fluxo de água quente a 80 C entra numa câmara de mistura com uma taxa de fluxo de massa de 05 kgs onde é misturado com um corrente de água fria a 20 C Se é desejado que a mistura deixa a câmara a 42 C determinar a taxa de fluxo de massa do fluxo de água fria Assuma todos os fluxos estão a uma pressão de 250 kPa Resp 0865 kgs Refrigerante134a a 1 MPa e 90 C deve ser arrefecido a 1 MPa e 30 C num condensador de ar O ar entra a 100 kPa e 27 C com uma vazão volumétrica de 600 m3min e deixa a 95 kPa e 60 C Determine a taxa de fluxo de massa do refrigerante Resp 100Kgmin Vapor é para ser condensado no condensador numa planta de vapor a uma temperatura de 50 C com água de refrigeração a partir das proximidades de um lago que entra nos tubos do condensador a 18 C a uma taxa de 101 kgs e sai a 27 C Determinar a taxa de condensação de vapor no condensador Resp 16 Kgs Ar cp 1005 kJkgC será préaquecido por gases quentes de escape no permutador de calor de fluxo cruzado antes da sua entrada no forno O ar entra no permutador de calor a 95 kPa e 20 C a uma taxa de 08 m 3 s Os gases de combustão cp 110 kJkgC entra a 180 C a uma taxa de 11 kgs e deixa a 95 C Determinar a taxa de transferência de calor para o ar e a temperatura de saída Resp 10285 KW 1332C Uma caixa de eletrônicos selada deve ser resfriada por água da torneira que flui através dos canais em dois dos seus lados É especificado que o aumento da temperatura da água não exceda 4 C A dissipação de energia da caixa é de 2 kW o que é removido inteiramente pela água Se a caixa funciona 24 horas por dia 365 dias um ano determinar a taxa de fluxo de massa de água que flui através da caixa e a quantidade de água de refrigeração utilizada por ano Considere o calor específico da água como sendo 418 kJkgC Resp 01196 Kgs 3772 toneladas Uma casa tem 5m x 6m x 8m e é para ser aquecida por um aquecedor de resistência elétrica colocada num duto na sala Inicialmente o quarto está a 15 C e a pressão atmosférica local é de 98 kPa O quarto está perdendo calor constantemente para o exterior a uma taxa de 200 kJmin Uma ventoinha de 200 W circula o ar continuamente através do duto e do aquecedor elétrico a uma taxa de fluxo de massa médio de 50 kgmin O duto pode ser assumido como sendo adiabático e não há nenhuma fuga de ar dentro ou fora da sala Em 15 min o ar do quarto deve alcançar a uma temperatura média de 25 C determine a a potência do aquecedor elétrico e b o aumento da temperatura que o ar experimenta cada vez que passa através do aquecedor Resp a 54 KW b 67 C Vapor dágua a 40 o C se condensa no exterior de um tubo de cobre horizontal fino com 5 m de comprimento de 3 cm de diâmetro por água de resfriamento que entra no tubo a 25 o C com velocidade média de 2ms e sai a 35 o C Determine a taxa de condensação do vapor Resp 00245 kgs Um compressor de ar adiabático é para ser alimentado por uma turbina a vapor adiabática com acoplamento direto que também está conectada a um gerador O vapor entra na turbina de 125 MPa e 500 C a uma taxa de25 kgs e a saída está a 10 kPa e um título de 092 Ar entra no compressor de 98 kPa e 295 K a uma taxa de 10 kgs e sai a 1 MPa e 620 K Determine a potência líquida entregue ao gerador da turbina Resp 204 MW A bomba de um sistema de distribuição de água é acionada por um motor elétrico de 15 KW cuja eficiência é de 90 A vazão de água na bomba é 50 ls Os diâmetros dos tubos de entrada e saída são iguais e a diferença de altura através da bomba é desprezível Se as pressões de entrada e saída da bomba forem medidas como 100 KPa e 300 KPa absoluta respectivamente determine a a eficiência mecânica da bomba e b o aumento da temperatura da água à medida que ela escoa através da bomba devido à ineficiência mecânica Considere o calor específico da água como sendo 418 KJkg C e sua densidade como 1000 Kgm³ Resp a 741 b0017 C O dióxido de carbono CO2 modelado como um gás ideal flui através do permutador de calor e do compressor mostrado na figura abaixo A entrada de energia para o compressor é de 100 kW O fluxo de água de refrigeração líquida flui separado através do trocador de calor Todos os dados são para a operação em estado estacionário Transferência de calor com o ambiente pode ser negligenciada como todas as mudanças de energia cinética e potencial Determine a a taxa de fluxo de massa de CO2 em kgs e b a taxa de fluxo de massa da água de refrigeração em kgs Resp a 049 Kgs b 169 Kgs Em um turbocompressor gases de exautão entram na turbina a 400 C e 120 kPa a uma taxa de 002 kg s e saem a 350 C Ar entra no compressor a 50 C e 100 kPa e deixa a 130 kPa a uma taxa de 0018 kg s O compressor de ar aumenta a pressão com um efeito colateral ele também aumenta a temperatura do ar o que aumenta a possibilidade de um motor a gasolina experimentar uma detonação no motor batida do motor Para evitar isso um pósresfriador é colocado após o compressor para resfriar o ar quente pelo frio ar ambiente antes de entrar nos cilindros do motor É estimado que o pósresfriador deve diminuir a temperatura do ar abaixo de 80 C para evitar a batida do motor O ar ambiente frio entra no pósresfriador a 30 C e sai a 40 C Desconsiderando quaisquer perdas por atrito na turbina e no compressor e tratando os gases de exaustão como ar determinar a a temperatura do ar na saída do compressor e b a vazão volumétrica mínima de ar ambiente necessária para evitar a batida do motor Considere a eficiência mecânica entre a turbina e o compressor como sendo 100 e a pressão atmosférica local como sendo 100 KPa Resp a 1086 C b 449 Ls