FENÔMENOS DE TRANSPORTE
LISTA DE EXERCÍCIOS 06
Assunto: Equações básicas na forma integral para um volume de controle – Primeira Lei da Termodinâmica.
1. Ar, na condição padrão, entra em um
compressor a 75 m/s e sai com pressão e
temperatura absolutas de 200 kPa e 345 K e
velocidade V = 125 m/s. A vazão é 1 kg/s. A
água de resfriamento que circula na carcaça
do compressor remove 18 kJ/kg de ar.
Determine a potência requerida pelo
compressor.
2. Ar comprimido é armazenado a 3000 psia e
140ºF em um recipiente com volume de 10 ft³.
Num determinado instante, uma válvula é
aberta e ar escoa do recipiente à taxa dm/dt =
0,105 lbm/s. determine a taxa de variação da
temperatura do ar no recipiente nesse
instante.
8. Todos os grandes portos são equipados com
barcos de combate a incêndio em navios
cargueiros. Uma mangueira com 75 mm de
diâmetro está conectada à descarga de uma
bomba de 10 kW em um desses barcos. O
bocal conectado à extremidade da mangueira
tem um diâmetro de 25 mm. Se a descarga
do bocal for mantida 3 m acima da superfície
da água, determine a vazão em volume
através do bocal, a altura máxima que a água
poderia atingir.
9. Uma máquina de escoamento permanente
recebe ar na seção 1 e o descarrega nas
seções 2 e 3. as propriedades de cada seção
são as seguintes:
Seção
3. Uma bomba centrifuga, com diâmetro de 4 in
nos tubos de sucção e de descarga, fornece
uma vazão de água de 300 gpm. A pressão
na sucção é de 8 inHg (vácuo) e a pressão
manométrica na descarga é de 35 psig. As
seções de entrada e de saída da bomba
estão na mesma elevação. A potência elétrica
medida no motor da bomba é 9,1 hp.
Determine a eficiência da bomba.
1
2
3
A,
cm²
371,6
929
232,3
Q, l/s
T,ºC
2.832
1.133
1.416
21
38
93
P, kPa
abs
137,9
206,84
?
Z,
cm
30,5
121,9
45,7
Trabalho é fornecido para a máquina a uma
taxa de 150 hp. Encontre a pressão p3 em
kPa absoluta e a transferência de calor dQ/dt
em W. considere que o ar é um gás perfeito
com R = 287 m²/s².K e cp = 1.004 m²/s².K.
4. Ar entra em um compressor a 14 psia e 80ºF,
com velocidade desprezível e é descarregado
a 70 psia e 500ºF, com velocidade de 500
ft/s. se a potência fornecida ao compressor é
3200 hp e a vazão em massa é 20 lbm/s,
determine a taxa de transferência de calor.
5. Uma turbina é alimentada com 0,6 m³/s de
água por meio de um tubo com 0,3 m de
diâmetro; o tubo de descarga tem diâmetro de
0,4 m. determine a queda de pressão através
da turbina se ela fornece 60 kW.
6. Ar é aspirado da atmosfera para dentro de
uma turbo-máquina. Na saída, as condições
são 500 kPa (manométrica) e 130ºC. A
velocidade de saída é de 100 m/s e a vazão é
de 0,8 kg/s. O escoamento é permanente e
não há transferência de calor. Calcule a
potência da turbo-máquina.
7. Uma bomba retira água de um reservatório
através de um tubo de sucção de 150 mm de
diâmetro e a descarrega para um tubo de
saída de 75 mm de diâmetro. A extremidade
do tubo de sucção está 2 m abaixo da
superfície livre do reservatório. O manômetro
no tubo de descarga (2 m acima da superfície
do reservatório) indica 170 kPa. A velocidade
média no tubo de descarga é de 3 m/s. Se a
eficiência da bomba é 75%, determine a
potência necessária para acioná-la.
10. Gasolina a 20ºC (ρ = 680 kg/m³) é bombeada
através de um tubo liso de 12 cm de
diâmetro, com 10 km de comprimento, a uma
vazão de 75 m³/h. A entrada é alimentada por
uma bomba à pressão absoluta de 24 atm. A
saída está a pressão atmosférica padrão, 150
m mais alta. Estime a perda por atrito hp, e a
compare com a altura de velocidade V²/(2g).
(Esses números são bem realísticos para o
escoamento
de
líquidos
através
de
tubulações longas).
11. Ar (R = 287 m²/(s².K) e cp = 1.004 m²/(s².K))
escoa em regime permanente, através de
uma turbina que produz 700 hp. Para as
condições de entrada e saída mostradas,
estime (a) a velocidade V2 na saída e (b) o
calor transferido em W.
Fenômenos de Transporte - Exercício em Classe – Profº. M. Sc. Lúcio P. Patrocínio
15. As cataratas de Multnomah, na Garganta do
Rio Columbia, têm uma queda íngreme de
165,5 m. usando a equação da energia para
escoamento permanente, calcule a variação
de temperatura da água em ºC causada pela
queda d’água.
12. Há um escoamento permanente isotérmico a
20ºC pelo dispositivo da figura. Os efeitos de
trocas de calor, gravidade e temperatura são
desprezíveis. Os dados conhecidos são D1 =
9 cm, Q1 = 220 m³/h, p1 = 150 kPa, D2 = 7
cm, Q2 = 100 m³/h, p2 = 225 kPa, D3 = 4 cm
e p3 = 265kPa. Calcule a taxa de trabalho de
eixo realizado por esse dispositivo e sua
direção.
13. Uma central de energia às margens de um
rio, como na figura abaixo, deve eliminar 55
MW de calor perdido para o rio. As condições
do rio a montante são Qe = 2,5 m³/s e Te =
18ºC, O rio tem 45 m de largura e 2,7 m de
profundidade. Se as perdas de calor para a
atmosfera e para o solo são desprezíveis,
calcule as condições do rio a jusante (Qs, Ts).
14. Quando a bomba da figura bombeia 220 m³/h
de água a 20ºC do reservatório, a perda de
carga total por atrito é de 5 m. o escoamento
descarrega através de um bocal para a
atmosfera. Calcule a potência da bomba em
kW entregue para a água.
16. Um oleoduto e 914 mm de diâmetro
transporta óleo (d = 0,89) a 1 milhão de barris
por dia (1 barril ≈ 159 litros). A perda de carga
por atrito é de 13 m/1.000 m de tubo. Planejase instalar estações de bombeamento a cada
16 km ao longo do tudo. Calcule a potência
em hp que deve ser entregue ao óleo em
cada estação.
17. A bomba horizontal da figura descarrega 57
m³/h de água a 20ºC. Desprezando as
perdas, qual é a potência em kW entregue
pela bomba?
18. Água a 20ºC é bombeada a 5.678 l/min de
um reservatório inferior para um superior,
como na figura. As perdas por atrito no tubo
são aproximadas por hp ≈27V²/(2g), em que
V é a velocidade média no tubo. Se a bomba
tem 75% de eficiência, qual a potência em hp
necessária para acioná-la?
19. Querosene a 20ºC escoa através da bomba
da figura a 65 L/s. As perdas de carga entre 1
e 2 são de 2,4 m e a bomba entrega 8 hp
para o escoamento. Qual deve ser a leitura h
do manômetro de mercúrio?
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