O documento apresenta 28 problemas de sistemas térmicos envolvendo cálculos de fluxo de massa, vazão, taxa de transferência de calor, temperatura e pressão de fluidos em diferentes processos como compressão, expansão e troca de calor.

1. MEC-1507
Sistemas Térmicos I
Luiz Guilherme Vieira Meira de Souza

2.  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.
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3.  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.
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4.  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.
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5.  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.
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6.  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
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7.  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
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8.  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
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9.  Ar a 600 kPa e 500 K entra com velocidade
de 120 m/s em um bocal adiabático que tem
relação entre a área de entrada e a área de
saída de 2:1 e sai com velocidade de 380
m/s.
 Determine:
◦ a) a temperatura do ar na saída
◦ b) a pressão do ar na saída
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10.  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
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11.  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
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12.  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.
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13.  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.
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14.  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.
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15.  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.
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16.  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.
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17.  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.
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18.  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.
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19.  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.
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20.  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.
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21.  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 fluxo de massa da água de
resfriamento necessário para resfriar o
refrigerante.
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22.  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.
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23.  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.
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24.  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.
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25.  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.
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26.  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.
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27.  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.
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28.  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.
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