O documento discute vários dispositivos de engenharia com escoamento em regime permanente, incluindo bocais, difusores, compressores, válvulas de estrangulamento, câmaras de mistura e trocadores de calor. Exemplos ilustram o uso desses dispositivos e cálculos envolvendo entalpia e taxa de transferência de calor.

1. A L G U N S D I S P O S I T I V O S
D A E N G E N H A R I A C O M
E S C O A M E N T O E M
R E G I M E P E R M A N E N T E
Termodinâmica

2. Bocais e Difusores
• Os bocais e difusores normalmente são
utilizados em motores a jato, foguetes,
ônibus espaciais e até mesmo em
mangueiras de jardim.
• Um bocal é um dispositivo que aumenta a
velocidade de um fluido à custa da pressão.
• Um difusor é um dispositivo que aumenta a
pressão de um fluido pela sua
desaceleração.

3. Bocais e Difusores
• A taxa de transferência de calor entre o fluido que escoa
em um bocal ou em um difusor e sua vizinhança é
geralmente muito pequena (Q ≈ 0).
• Os bocais e os difusores normalmente não envolvem
trabalho (𝑾 = 𝟎).
• Uma eventual variação na energia potencial é quase
sempre desprezível (∆Ep = 0).
• As variações de energia cinética devem ser levadas em
conta na análise do escoamento através desses dispositivos
(∆Ec ≠ 0 ).

4. Exemplo 1: Desaceleração do ar em um
difusor

5. Exemplo 1: Desaceleração do ar em um
difusor

6. Exemplo 1: Desaceleração do ar em um
difusor

7. Exemplo 1: Desaceleração do ar em um
difusor
A velocidade na saída de um difusor, em geral, é pequena quando comparada à velocidade na entrada (V2
≪V1); assim, a energia cinética na saída pode ser desprezada. A entalpia do ar na entrada do difusor é
determinada a partir da tabela do ar (Tab. A–17) como

8. Turbinas e compressores
• Nas usinas a vapor, a gás ou hidrelétricas, o dispositivo que aciona o gerador elétrico é a
turbina. À medida que o fluido escoa através da turbina, trabalho é realizado nas pás
que estão presas ao eixo. Como resultado, o eixo gira e a turbina produz trabalho.
• Os compressores, assim como as bombas e os ventiladores, são dispositivos utilizados
para aumentar a pressão de um fluido.
O trabalho é fornecido a esses dispositivos por uma fonte externa por meio de um
eixo girante.
• Assim, os compressores, as bombas e os ventiladores envolvem consumo de
trabalho.

9. Exemplo 2: Compressão de ar por um
compressor

10. Exemplo 2: Compressão de ar por um
compressor

11. Exemplo 2: Compressão de ar por um
compressor
A entalpia de um gás ideal depende apenas da temperatura, e as entalpias do ar nas
temperaturas especificadas são determinadas pela tabela do ar (Tab. A–17) como
Substituindo, o consumo de potência pelo compressor é determinado por

12. Válvulas de estrangulamento

13. Válvulas de estrangulamento
• As válvulas de estrangulamento em geral são
dispositivos pequenos, e o escoamento através
delas pode ser considerado adiabático (Q ≈ 0).
As válvulas de estrangulamento não envolvem
trabalho (𝑾 = 𝟎).
• Uma eventual variação na energia potencial é
quase sempre desprezível (∆ep ≈ 0).
• O aumento da energia cinética é insignificante
(∆ec ≈ 0).

14. Válvulas de estrangulamento

15. Exemplo 3: Expansão de refrigerante-134a
em um refrigerador

16. Exemplo 3: Expansão de refrigerante-134a
em um refrigerador
Um tubo capilar é um simples dispositivo de restrição do
escoamento que normalmente é usado em aplicações de
refrigeração para provocar uma grande queda na pressão do
refrigerante. O escoamento através de um tubo capilar é um
processo de estrangulamento e, portanto, a entalpia do refrigerante
permanece constante

17. Exemplo 3: Expansão de refrigerante-134a
em um refrigerador

18. Câmaras de mistura

19. Exemplo 4: Mistura de água quente e fria
em um chuveiro
• Considere um chuveiro comum, onde a
água quente a 140 °F é misturada com a
água fria a 50 °F. Se for desejado que um
fluxo contínuo de água quente a 110 °F
seja fornecido, determine a relação entre
as vazões mássicas da água quente e fria.
Suponha que as perdas de calor da
câmara de mistura são insignificantes e
que a mistura seja realizada a uma
pressão de 20 psia.

20. Exemplo 4: Mistura de água quente e fria
em um chuveiro

21. Trocadores de calor
• Trocadores de calor são dispositivos nos
quais duas correntes de fluido em movimento
trocam calor sem se misturarem.
• A forma mais simples de um trocador de
calor é um trocador de calor de duplo-tubo
(também chamado de casco e tubo).
• As câmaras de mistura discutidas
anteriormente também são classificadas
como trocadores de calor por contato direto.

22. Trocadores de calor

23. Exemplo 5: Resfriamento do refrigerante-
134a utilizando água