MEC-1507
Sistemas Térmicos I
Luiz Guilherme Vieira Meira de Souza
Ar entra em um bocal a 2,21 kg/m³ e 40 m/s
e sai a 0,762 kg/m³ e 180 m/s em um
processo em regime permanente.
Se a área de entrada do bocal for de 90 cm²,
determine:
◦ a) o fluxo de massa através do bocal
◦ b) a área de saída do bocal.
2
Um secador de cabelos é basicamente um duto
com diâmetro constante no qual são colocadas
algumas camadas de resistores elétricos.
Um ventilador pequeno empurra o ar para dentro
e o força a passar através dos resistores onde ele
é aquecido.
Se a densidade do ar for 1,20 kg/m³ na entrada e
1,05 kg/m³ na saída, determine o aumento
percentual da velocidade do ar ao escoar através
do secador.
3
Um tanque rígido de 1 m³ inicialmente contém ar
com densidade igual a 1,18 kg/m³.
O tanque é conectado a uma linha de
alimentação de alta pressão por meio de uma
válvula.
A válvula é aberta e o ar entra no tanque até que
a densidade do ar no tanque suba para 7,2
kg/m³.
Determine a massa de ar que entrou no tanque.
4
Uma sala para fumantes deve acomodar 15
pessoas que fumam bastante.
Os requisitos mínimos de ar fresco para salas
de fumantes são especificados como 30 l/s
por pessoa.
Determine a vazão volumétrica mínima
necessária de ar fresco que precisa ser
suprido à sala e o diâmetro do duto, se a
velocidade do ar não deve exceder 8 m/s.
5
Refrigerante
R-134a
entra
em
regime
permanente em um tubo com 28 cm de diâmetro
a 200 kPa e 20°C com uma velocidade de 5 m/s.
O refrigerante ganha calor à medida que escoa e
deixa o tubo a 180 kPa e 40°C.
Determine:
◦ a) a vazão volumétrica do refrigerante na entrada
◦ b) o fluxo de massa de refrigerante
◦ c) a velocidade e a vazão volumétrica na saída
6
Ar entra em regime permanente em um bocal
adiabático a 300 kPa, 200 °C e 30 m/s e sai a
100 kPa e 180 m/s.
◦ A área na entrada do bocal é de 80 cm².
Determine:
◦ a) o fluxo de massa no bocal
◦ b) a temperatura de saída do ar
◦ c) a área de saída do bocal
7
Vapor d’água a 5 MPa e 400°C entra em um
bocal em regime permanente com uma
velocidade de 80 m/s e sai a 2 MPa e 300°C.
A área na entrada do bocal é de 50 cm² e
calor está sendo perdido à taxa de 120 kJ/s.
Determine:
◦ a) o fluxo de massa de vapor
◦ b) a velocidade do vapor na saída
◦ c) a área na saída do bocal
8
Ar a 600 kPa e
de 120 m/s em
relação entre a
saída de 2:1 e
m/s.
500 K entra com velocidade
um bocal adiabático que tem
área de entrada e a área de
sai com velocidade de 380
Determine:
◦ a) a temperatura do ar na saída
◦ b) a pressão do ar na saída
9
Ar a 80 kPa e 127°C entra em regime
permanente em um difusor adiabático com
fluxo de massa de 6000 kg/h e sai a 100 kPa.
A velocidade da corrente de ar diminui de
230 para 30 m/s ao passar através do
difusor.
Determine:
◦ a) a temperatura de saída do ar
◦ b) a área na saída do difusor
10
Ar a 80 kPa, 27°C e 220 m/s entra em um
difusor à taxa de 2,5 kg/s e sai a 42°C.
◦ A área de saída do difusor é de 400 cm².
A perda de calor do ar é estimada à taxa de
18 kJ/s durante esse processo.
Determine:
◦ a) a velocidade na saída
◦ b) a pressão do ar na saída
11
Vapor d’água entra em uma turbina
adiabática a 10 MPa e 500°C e sai a 10 kPa
com um título de 90%.
Desprezando as variações das energias
cinética e potencial, determine o fluxo de
massa necessário para uma produção de
potência de 5 MW.
12
Vapor d’água entra em uma turbina
adiabática a 8 MPa e 500°C com vazão de 3
kg/s e sai a 20 kPa.
Se a potência produzida pela turbina é de 2,5
MW, determine a temperatura do vapor na
saída da turbina.
Despreze as variações da energia cinética.
13
Ar entra no compressor de uma instalação de
turbina a gás nas condições ambientes de
100 kPa e 25°C com velocidade baixa e sai a
1 MPa e 347°C com velocidade de 90 m/s.
O compressor é resfriado à taxa de 1500
kJ/min e a potência fornecida ao compressor
é de 250 kW.
Determine o fluxo de massa do ar no
compressor.
14
Hélio deve ser comprimido de 120 kPa e
310 K até 700 kPa e 430 K.
Uma perda de calor de 20 kJ/kg acontece
durante o processo de compressão.
Desprezando as variações da energia
cinética, determine a potência necessária
para um fluxo de massa de 90 kg/min.
15
Refrigerante R-134a é estrangulado do
estado de líquido saturado a 700 kPa até a
pressão de 160 kPa.
Determine a queda de temperatura durante
esse processo e o volume específico final do
refrigerante.
16
Refrigerante R-134a a 800 kPa e 25°C é
estrangulado até a temperatura de -20°C.
Determine a pressão e a energia interna do
refrigerante no estado final.
17
Uma válvula bem isolada é usada para
estrangular vapor d’água de 8 MPa e 500°C a
6 MPa.
Determine a temperatura final do vapor.
18
Uma corrente de água quente a 80°C entra em uma
câmara de mistura com um fluxo de massa de 0,5
kg/s, onde ela é misturada com uma corrente de
água fria a 20°C.
Para que a mistura saia da câmara a 42°C,
determine o fluxo de massa da corrente de água
fria.
Assuma que todas as correntes estão a uma
pressão de 250 kPa.
19
Água líquida a 300 kPa e 20°C é aquecida em
uma câmara pela mistura com uma corrente
de vapor superaquecido a 300 kPa e 300°C.
A água fria entra na câmara à taxa de 1,8
kg/s.
Se a mistura sair da câmara a 60°C, determine
o fluxo de massa de vapor superaquecido
necessário.
20
Refrigerante R-134a a 700 kPa, 70°C e 8kg/min é
resfriado por água em um condensador até
existir como líquido saturado à mesma pressão.
A água de resfriamento entra no condensador a
300 kPa e 15°C e sai a 25°C à mesma pressão.
Determine o
resfriamento
refrigerante.
fluxo de massa da água
necessário
para
resfriar
de
o
21
Vapor d’água deve ser condensado no
condensador de uma usina de potência a
vapor a uma temperatura de 50°C com água
de resfriamento de um lago próximo, que
entra nos tubos do condensador a 18°C a
uma taxa de 101 kg/s e sai a 27°C.
Determine a taxa de condensação do vapor
d’água no condensador.
22
Um trocador de calor de duplo tubo de
correntes opostas é usado para resfriar óleo
(cp=2,20 kJ/kg.°C) de 150°C até 40°C a uma
vazão de 2 kg/s por água (cp=4,18 kJ/kg.°C)
que entra a 22°C a vazão de 1,5 kg/s.
Determine a taxa de transferência de calor e a
temperatura de saída da água.
23
Água fria (cp=4,18 kJ/kg.°C) que será
utilizada em um chuveiro entra em um
trocador de calor tipo duplo-tubo de
correntes opostas a 15°C e vazão de 0,6 kg/s
e é aquecida a 45°C por água quente (cp=4,19
kJ/kg.°C) que entra a 100°C com vazão de
3kg/s.
Determine a taxa de transferência de calor no
trocador de calor e a temperatura de saída da
água quente.
24
Uma caixa eletrônica vedada deve ser resfriada por
água de torneira que escoa através de canais em dois
de seus lados.
Está especificado que o aumento da temperatura da
água não deve exceder 4°C.
A potência dissipada na caixa é de 2 kW, a qual é
totalmente removida pela água.
Se a caixa operar 24 horas por dia, 365 dias por ano,
determine o fluxo de massa da água que escoa pela
caixa e a quantidade de água de resfriamento
utilizada por ano.
25
Os componentes de um sistema eletrônico que
dissipa 180 W estão localizados em um duto
horizontal de 1,4 m de comprimento, cuja seção
transversal tem 20 cm x 20 cm.
Os componentes no duto são resfriados pelo
escoamento de ar que entra no duto a 30°C e 1
atm e a uma vazão de 0,6 m³/min e dele sai a
40°C.
Determine a taxa de transferência de calor das
superfícies externas do duto para o ambiente.
26
Água quente a 90°C entra em um trecho de
15 m de um tubo de ferro fundido com
diâmetro interno de 4 cm à velocidade média
de 0,8 m/s.
A superfície externa do tubo é exposta ao ar
frio a 10°C de um porão.
Se a água sai desse porão a 88°C, determine a
taxa de perda de calor da água.
27
Uma casa tem um sistema de aquecimento
elétrico que consistem em um ventilador de 300
W e um resistor colocado em um duto.
O ar escoa em regime permanente no duto com
vazão igual a 0,6 kg/s e sofre um aumento de
temperatura de 7°C.
A taxa de perda de calor do duto é estimada em
300 W.
Determine a potência nominal do sistema de
aquecimento elétrico.
28
0
