Lista de exercícios – 1ª Lei para Volume de Controle 1. Água evapora no interior do tubo de uma caldeira que opera a 100 kPa. A velocidade

do escoamento de líquido saturado que alimenta o tubo é 1 m/s e o tubo descarrega vapor saturado a 100 kPa. Qual é a velocidade do escoamento de vapor na seção de descarga do tubo?

2. Uma caldeira é alimentada com 5000 kg/h de água líquida a 5 MPa e 20 ºC e descarrega vapor d’água a 450ºC e 4,5 MPa. Determine a área das sessões de escoamento nas sessões de alimentação e descarga da caldeira de modo que a velocidade dos escoamentos seja menor que 20 m/s.

3. Um bocal convergente é alimentado com nitrogênio o 200 kPa e 400 K. O escoamento na sessão de descarga do bocal apresenta temperatura e pressão iguais a 330 K e 100 kPa. Sabendo que a velocidade do nitrogênio na sessão de alimentação do bocal é pequena e que o bocal é adiabático, determine a velocidade do escoamento na sessão de descarga do bocal.

4. Um difusor é alimentado com um escoamento de gás perfeito que apresenta velocidade igual a 250 m/s, T = 300 K e P = 100kPa. A velocidade do escoamento na sessão de descarga do difusor é 25 m/s. Determine a temperatura do escoamento na sessão de descarga do difusor se o gás é Argônio, Hélio e Nitrogênio.

5. Hélio é estrangulado de 1,2 MPa e 20ºC até a pressão de 100 kPa. Os diâmetros do tubo de alimentação e descarga são tais que as velocidade de saída e de entrada são iguais. Determine a temperatura de saída do Hélio e a razão entre o diâmetro dos tubos.

6. Líquido saturado de R-12 a 25ºCé estrangulado, em regime permanente, até a pressão de 150,9 kPa no capilar de um refrigerador. Qual é a temperatura na sessão de descarga do capilar? Determine o aumento percentual na vazão em volume que ocorre neste escoamento.

7. O nível da água de uma represa, onde está localizada uma usina hidrelétrica, é 200 m acima do nível de descarga (a jusante da barragem). Sabendo que a potência elétrica gerada na usina é 1300 MW e que a temperatura da água na represa é 17,5 ºC, determine a vazão mínima de água nas turbinas hidráulicas.

8. O rotor de um moinho de vento apresenta diâmetro igual a 40m e o moinho transforma 40% da energia cinética do vento em trabalho de eixo. Determine a potência gerada pelo moinho num dia que a temperatura e a velocidade do vento são iguais a 20ºC e 30 km/h.

9. A figura abaixo mostra o esquema de uma pequena turbina a vapor d’água que produz uma potência de 110kW operando em carga parcial. Nesta condição, a vazão de vapor é 0,25 kg/s, a pressão e a temperatura na seção 1 são, respectivamente, iguais a 1,4 MPa e 250ºC e o vapor é estrangulado até 1,1 MPa antes de entrar na turbina.

10. Sabendo que a pressão de saída da turbina é 10kPa, determine o título; ou a temperatura, se o vapor estiver superaquecido; da água na seção de saída da turbina.

11. Um compressor é alimentado com ar a 17ºC e 100 kPa e descarrega o fluido, a um 1MPa e 600 K, num resfriador que opera a pressão constante. Sabendo que a temperatura na sessão de saída do resfriador é 300 K, determine o trabalho específico no compressor e a transferência específica de calor no processo.

12. Uma bomba hidráulica é acoplada a um bocal através de uma tubulação curta (vide figura abaixo). Os diâmetros das tubulações de alimentação e descarga da bomba são iguais a 10mm. A bomba é acionada por um motor de 1kW e alimentada com água a 100kPa e 15ºC, e o bocal descarrega o fluido num ambiente onde a pressão é igual a 100kPa. Desprezando as variações de energia cinética dos escoamentos e admitindo que eles são isotérmicos, determine a vazão em massa de água na bomba e a velocidade de descarga da água no bocal.

 13. Uma máquina geradora de potência opera em regime permanente e é alimentada com duas

vazões de água. A vazão de água na linha 1 é 2,0 kg/s e o fluido apresenta, nesta linha, pressão e temperatura iguais a 2MPa e 500ºC. A vazão de água na linha 2 é 0,5 kg/s e a pressão e temperatura, nesta linha, são iguais a 120kPa e 30ºC. A máquina descarrega água através de uma tubulação que apresenta diâmetro igual a 150mm. A pressão e o título do vapor descarregado pela máquina são iguais a 150kPa e 80%. Sabendo que a máquina transfere 300 kW de calor ao ambiente, determine a velocidade na tubulação de exaustão e a potência gerada nesta máquina.

14. Afigura abaixo mostra o esquema de um trocador de calor utilizado para resfriar o ar, a pressão constante e igual a 1 Mpa, de 800 K a 360 K. A água de resfriamento entra no equipamento a15 ºC e 0,1 MPA. Se a água deixa o trocador como vapor saturado, calcule a relação entre as vazões de água e ar (magua/mar).

15. O aquecedor de mistura de uma central térmica é alimentado com 4 kg/s de água a 45ºC e

100 kPa e com vapor descarregado de uma turbina a 100 kPa e 250ºC. Admitindo que o aquecedor descarregue a água como líquido saturado, determine a vazão de vapor proveniente da turbina.