1 - Você deseja criar uma nova escala de temperatura, chamada M. Quando um termômetro marca 25°C,você quer que na sua escala a temperatura seja igual a 0°M, enquanto que quando o termômetro marcar65°C, sua escala estará marcando 100°M. Obtenha a relação entre essas escalas e calcule a temperatura M correspondente correspondente a 0°C.
2 - Um manômetro instalado em um duto mede uma pressão de 685,7 kPa. Qual e a pressão absoluta? Converta essa pressão para a unidade técnica kgf./cm2. Considere g = 9,8 m/s2. Manômetro=685,7kPa -> Absoluta=Manômetro+101,3 Absoluta=Manômetro+101,3kPa kPa = 787kPa = 80,306kgf./cm² 80,306kgf./cm² 3 - Um volume de 2,5 m3 contem 1,94 kg de vapor d'água. Determine a massa especifica e o volume especifico.
4 - Um chuveiro elétrico tem potencia máxima de 5500 W. Em um típico dia de inverno, a temperatura em Criciúma chega a 6°C, que pode ser considerada a temperatura da água na tubulação. Ao abrir o chuveiro com uma vazão mássica de 3 kg/min., qual será a temperatura na qual a água sai do chuveiro? Considerando que a temperatura ideal da água para banho no inverno seja de 40°C, qual deve ser a vazão de água em kg/min.? q=m*Cp*(T2-T1)= q=305,25K q=305,25K q=m*Cp*(T2-T1)= m=2,316kg/min m=2,316kg/min 5 - Uma caldeira possui vazão de água de 5 kg/s. A água entra na caldeira na condição de liquido saturado com entalpia de 763,21 kJ/kg e sai na condição de vapor superaquecido a 550°C e pressão de 8 MPa. Qual a taxa de calor transferido na caldeira? Ts=550ºC e Ps=8MPa Por Tabela – h=3521KJ/Kg q=m*∆h= q=13788,95kW
6 - Utilize a equação de estado dos gases perfeitos, com R = 462 J/kg.K, para determinar o volume especifico do vapor de água saturado a 20°C. Compare o resultado com aquele obtido diretamente da Tabela A-1. Ts=20ºC Tabela – Ps=2,337kPa P*v=R*T= v=57,923m³/kg v=57,923m³/kg 7 - Um instrumento para medida de vazão de ar e o Venturi, mostrado na figura abaixo, que tem a sua área transversal reduzida entre as seções A e B. A vazão e medida pela diferença de pressão entre essas seções. A vazão de ar, cuja densidade e de 1,15 kg/m3, deve ser medida em um Venturi de área de seção A igual a 0,5 m2 e na seção B de 0,4 m2. A diferença de altura nas colunas de água (densidade = 1000 kg/ m3) de um manômetro e de 20 mm. O escoamento entre A e B pode ser admitido sem atrito, de modo que a equação de Bernoulli pode ser aplicada. a) Qual deve ser a diferença de pressão entre A e B? b) Qual deve ser a vazão em volume? a)
b) m=ρ*A*V ma=mb = ρ*Aa*Va= ρ*Ab*Vb Va=0,8Vb
Fluxo=Ab*Vb Fluxo=Ab*Vb = 12,315m³/s
8 - Um dissipador de calor de um processador possui geometria cúbica de aresta 0,01 m. O calor que e gerado pelo processador e tal que a temperatura superficial do dissipador no lado oposto ao do processador e de 40°C. Admitindo que a temperatura do processador e de 65°C, calcule o fluxo de calor (em W) por condução ao longo do dissipador para as seguintes situações: a) O dissipador e feito de cobre, cuja condutividade térmica e de 386 W/m.K. b) O dissipador e feito de alumínio, cuja condutividade térmica e de 204 W/m.K. c) O dissipador e feito de aço, cuja condutividade térmica e de 53 W /m.K.
a)q= -96,5W / b) q=-51W c) q= -1,25W 9 - Um dos lados de uma parede plana e mantido a 100°C, enquanto o outro troca calor por convecção com um ambiente a 25°C, conforme ilustra a figura abaixo. A condutividade térmica da parede e de 1,6 W/m.K. Considerando os processos de condução e de convecção presentes, calcule o fluxo de calor unidimensional, em W/m², h = 10W/m² ºC.
q = 187,5W/m² 10 - Um adolescente e seu pai estão na praia tomando sol, sem vento, trajando apenas sunga. O adolescente tem 1,6 m de altura e massa de 50 kg, o que resulta em uma area de pele aproximada de 1,5 m2, enquanto seu pai possui 1,85 m de altura e massa de 105 kg, resultando numa área de pele aproximada de 2,3 m2. Subitamente o tempo fecha e a temperatura do ar cai para 18°C, enquanto o vento passa a soprar com velocidade de 0,15 m/s. Determine a taxa de transferência de calor por convecção do corpo dos dois para o ambiente. Considerando que o metabolismo de ambos esta gerando 115 W e considerando apenas a perda de calor do corpo de ambos por convecção com o ar, qual a sensação térmica de cada um? Considere que a pele humana possui temperatura media de 32°C.
C=h*A*(Tcorpo-Ta) Adolescente=90,825W Adolescente=90,825W (sente (sente calor) Pai=139,265W Pai=139,265W (sente frio) 11 - Uma pessoa, cuja área de pele e de 2,1 m2, esta numa sauna, cuja vizinhança possui temperatura de 60°C. Determine a taxa de transferência de calor por radiação da vizinhança para a pele da pessoa. Nesse caso, considere que a pele humana possui temperatura media de 36°C, pois o ambiente interno e bastante quente. A pele irradia 70% 70% da área ( ( )
q=264,982W
12 - Água a 120°C e 250 kPa escoa para um tanque a pressão atmosférica de 101,3 kPa através de uma válvula redutora de pressão, como mostrado na figura abaixo. Determine: a) Qual e o estado da água na entrada da válvula: liquido sub-resfriado, liquido saturado, vapor saturado ou vapor superaquecido? b) Quantos kg de vapor deixam o tanque para cada kg que atravessa a válvula redutora de pressão? Tabela A1 para P2 hl = 419,06kJ/kg hv=2676 kJ/kg h1=hl2+x(hv2-hl2) x=0,0375 (kg/kg) 13 - Qual e a taxa de liberação de calor aproximada para evaporação insensível se a temperatura da pele e de 32°C, a pressão de saturação a essa temperatura e de 4750 Pa e a pressão parcial do vapor d'água do ar e de 1700 Pa? Admita que o calor latente de vaporização da água seja igual a 2,43 MJ/kg e Cdiff = 1,2.10-9 kg/Pa.s.m2. kg/Pa.s.m2. q(ins) = h*A*Cdif(Ps-Pa) q(ins) = 17,7876W 17,7876W
14 - Consultando uma carta psicrométrica para pressão barométrica de 101,325 kPa e dados os valores das propriedades conhecidas, ache o valor aproximado das propriedades pedidas. a) Tbs = 20°C e W = 8 g VA/kg AS. Determine Tbu, To, h, Ф e v.
Tbu=14,3ºC / To=10ºC / h=40,3kJ/kg h=40,3kJ/kg / v=0,842m³/kgAS ϕ=55% / v=0,842m³/kgAS b) h = 71 kJ/kg AS e Ф = 40%. Determine Tbs, Tbu, To, W e v. Tbs=34,8ºC / Tbu=23,8ºC / To=19ºC / W=14,1gVA/kgAS W=14,1gVA/kgAS / v=0,892 m³/kgAS c) To = 5°C e v = 0,81 m3/kg AS. Determine Tbs, Tbu, W, h e Ф.
Tbs=10,5ºC / Tbu=7,8ºC / W=5gVA/kgAS / h=24,5kJ/m³AS h=24,5kJ/m³AS / ϕ=70% d) Tbs = 30°C e Tbu = 25°C. Determine To, h, W, Ф e v.
To=23,2ºC / h=76,5kJ/m³AS / W=18gVA/GÁS / ϕ=67% / v=0,884 m³/kgAS e) Ф = 60% e W = 26 g VA/kg AS.
Determine Tbs, Tbu, To, h e v. Tbs=38,4ºC / Tbu=31,1ºC / To = 28,5ºC / h=105kJ/m³AS / v=0,918 m³/kgAS 15 - Determine o volume especifico de uma mistura ar-vapor, em m3/kg AS, para as seguintes condições: condições: T = 30°C, W = 0,015 kg VA/kg AS e pt = 90 kPa.
Ps=2,119kPa
v=0,99002m³/kgAS => v=0,99002m³/kgAS 16 - Uma amostra de ar apresenta Tbs = 30°C e Tbu = 25°C. A pressão barométrica e de 101 kPa. Usando as tabelas de vapor e as equações (3.2), (3.3) e ( 3.5) determine: a) A umidade absoluta se o ar e saturado adiabaticamente. Tbu25ºC (Tab-A1) – Ps=3,17kPa => W=0,0209kg/kg b) A entalpia do ar se este e adiabaticamente adiabaticamente saturado. T=25ºC (Tab-A1) – hv2=2547,3kJ/Kg c) A umidade absoluta da amostra pela equação (3.5). T=25ºC (Tab-A1) – hl2=104,77kJ/Kg Tbs=30ºC (Tab-A1) – hv1=2526,4kJ/kg h1=Cp*T + W1*hv1 =>h1=30+2556,4*W1 =>h1=30+2556,4*W1 h1=h2-(W2-W1)*hl2 h1=h2-(W2-W1)*hl2 =>W1=0,018kg/kg =>W1=0,018kg/kg d) A pressão parcial do vapor na mistura. = >Ps=2,8406kPa e) A umidade relativa. Tbs=30ºC (Tab-A1) – Ps=4,241kPa Φ=Ps1/Ps = 2,841/4,241 => ϕ =67% 17 - Uma mistura ar-vapor apresenta Tbs = 30°C e W = 0,015 kg VA/kg AS. Para as pressões barométricas de 85 e 101 kPa, determine: a) A entalpia. b) A temperatura de orvalho. Tbs30ºC (Tabela) – Ps=4,241kPa / hv=2556,4kJ/kg a) h=Cp+T+W*hv =>hv=68,346kJ/kg b) => Ps=2,3783kPa Interpolando... Interpolando... T = 20,271ºC 18 - Uma torre de resfriamento e um equipamento no qual ar resfria água previamente borrifada. Se 15 m3/s de ar com Tbs = 35°C e Tbu = 24°C, a uma pressão atmosférica de 101 kPa, adentram uma torre, deixando-o saturado a 31°C, pede-se: a) Ate que temperatura essa corrente de ar pode resfriar água borrifada a 38°C e com vazão de 20 kg/s? O ar ganha latente igual ao sensível perdido pela água Tbs=35ºC e Tbu=24ºC (carta) h1=71,5kJ/kg e W1=0,0143kg/kg Ts=31ºC (Tab A2) h2=105,3kJ/kg h2=105,3kJ/kg e W 2=0,029kg/kg 2=0,029kg/kg q (ins)=q (lat) => m(agua)*Cp*(T1m(agua)*Cp*(T1T2)=m(ar)*(h2-h2) T2=31,2ºC b) Quantos kg/s de água devem ser fornecidos para compensar a água que se evapora? m(recebido)=m(ar)*(W2-W1)=0,247kg/s
19 - Uma vazão de 3,5 m3/s de ar com Tbs = 27°C e Ф = 50%, a pressão atmosférica
padrão, adentram uma unidade de condicionamento de ar. O ar deixa essa
unidade com Tbs = 13°C e Ф = 90%.
Usando propriedades extraídas da carta psicrométrica: a) Determine a capacidade de r efrigeração em kW. Tbs=27ºC e ϕ=50% (carta) h1=55,311kJ/kg / W1=0,01125kg/kg / v1=0,865m³/kg m=m/v=3,5/0,865=>m=4,0462kg/s Tbs=13ºC e ϕ=90% (carta) h2=34kJ/kg / W2=0,0085kg/kg q=m*∆h =>q=-86,23kW b) Determine a taxa de r emoção de água do ar. q=m*(W2-W1) = q=0,01113kg/s 20 - Em um sistema de condicionamento de ar uma corrente de ar externo e misturada a outra de ar de retorno a pressão atmosférica de 101 kPa. A vazão de ar externo e de 2 kg/s com Tbs = 35°C e Tbu = 25°C. O ar de retorno, a 24°C e Ф = 50%,
apresenta uma vazão de 3 kg/s. Determine: (Carta) h1=75,7kJ/kg / W1=0,0159kg/kg h2=47,8kJ/kg / 0,0097kg/kg a) A entalpia da mistura.
b) A umidade absoluta da mistura.
c) A temperatura de bulbo seco da mistura a partir das propriedades determinadas em (a) e (b). na Carta T=28,2ºC d) A temperatura da mistura pela media ponderada das temperaturas das correntes de entrada.
21 - A parede externa de um edifício de escritórios térreo próximo a Chicago tem 3 m de altura e 15 m de comprimento. A parede e composta de tijolo aparente de 100 mm, de 40 mm de espessura de poliestireno como isolante, de blocos de concreto leve de 150 mm de espessura e um acabamento interior de 16 mm de gesso. A parede contem 3 janelas de uma única folha, com dimensões de 1,5 m por 2 m de comprimento. Para uma temperatura interior de 20°C, determinar a perda de calor para as condições de projeto. Aparente=0,1*0,76=0,076 Poliestireno=0,04*27,7=1,108 Concreto=0,15*1,94=0,291 Gesso=0,1 Ar interno=0,120 Ar externo=0,029 Rtota=1,724m²*K/W µ=6,2W/m²*K Aj=9 / Ap=45 / At=36 / qj= µ*Aj* ΔT qp=-793,5 / qj=-2120,4 / qt=qp+qj=2913,9W 22 - Para a parede e condições do exercício 21, determine a redução percentual na perda de calor pela parede se: a) Os 40 mm de poliestireno fossem substituídos por 55 mm de poliuretano celular. Aparente=0,1*0,76=0,076 Poliuretano=0,055*43,8=2,409 Concreto=0,15*1,94=0,291 Gesso=0,1 Ar interno=0,120 Ar externo=0,029 Rtota=3,025m²*K/W
qp=-452,23 / qj=-2120,4 / qt=qp+qj=2572,63W Redução de 11,71% b) Se os vidros simples das janelas fossem substituídos por dupla folha com 5 mm de espaço de ar. µ=3,3W/m²*K qj= µ*Aj* ΔT qp=-793,5 / qj=-1128,6 / qt=-1922,1W Redução de 65,96% c) Se você fosse chamado a opinar sobre qual das opções, (a) ou (b), proporcionou maior aumento da resistência térmica da parede, qual seria sua escolha e por que? Letra b, pois tem menor perca de calor.
23 - Um escritório localizado em Houston, Texas, deve ser mantido a 25°C e Ф = 55%.
Sabe-se que esse escritório devera ser ocupado, em media, por 5 pessoas, algumas das quais são fumantes. Determine a carga térmica resultante da ventilação para condições de projeto de verão e condições de insulamento do ar de 15°C e Ф = 95%, se:
Encontrar na carta W1=0,011 / W2=0,010 / Wo=0,0163 a) A taxa de renovação de ar recomendada for utilizada. Q=10*5=50L/s q(is)=1,23*Q*(to-t2)=1168,5W q(il)=3000*Q*(Wo-W2)=945W q=q(is)+q(il)=2113,5W b) Um dispositivo de filtragem com E = 70% for utilizado. Qm=5*2,5=12,5L/s / Qo=50L/s Qr=(Qo-Qm)/E=>Qr=53,57L/s q(is)m=1,23*Qm(to-t2) q(is)r=1,23*Qr(t1-t2) q(is)total= q(is)m+ q(is)r=951,036W q(il)m=3000*Qm(Wo-W2) q(il)r=3000*Qr(Wt1-W2) q(il)total= q(il)m+ q(il) r=396,96W qt= q(is)total+ q(il)total=1347,996W 24 - Uma sala de computador de 10 x 7 m esta localizada no segundo andar de um edifício de 5 andares. A parede externa e de 3,5 m de altura por 10 m de comprimento, sendo construída de uma cortina metálica (aço com 10 mm de placa isolante), isolamento de fibra de vidro de 75 mm de espessura e uma placa de gesso de 16 mm de espessura. Sabe-se que vidros simples deverão ocupar 30% da parede externa. Sabe-se ainda que o computador e as luzes na sala deverão operar 24 hs/dia, apresentando uma geração interna de calor combinada de 2 kW. A temperatura interna deve ser mantida igual a 20°C. a) Determine a carga de aquecimento para as condições de projeto de inverno se o edifício se localiza em Columbus, Ohio. Ap=35m² / At=24,5m² / Av=10,5m² Ar interno=0,120 Ar externo=0,029 Aço=0,32 Fibra de Vidro=2,0775 Gesso=0,1 Rtota=2,6465m²*K/W µ=6,2W/m²*K
/ qj= µ*Aj*ΔT
qt=qp+qj=-2602,513W computador e luzes=2000W a sala aquece então 602,513W b) Qual seria a carga se as janelas fossem de folha dupla? µ=3,3W/m²*K qj= µ*Aj*ΔT=-1212,75W qt=-1536,763W 25 - Determine a transferência de calor através de uma janela com face sudeste em um local a 32° de latitude norte as 10:00 horas (hora do meridiano dos Estados Unidos Central) do dia 21 de agosto. A janela e de vidro de folha dupla com 13 mm de espaço de ar. O vidro e as cortinas interiores apresentam um coeficiente de sombreamento combinado de 0,45. A temperatura interna de projeto e 25°C e a externa e de 37°C. As dimensões da janela são 2 m de comprimento por 1,5 m de altura. A=3m² / µ=3,2W/m²*K FCGI (tab)=580W/m² CS=0,45 FCR(tab)=0,79 qj= µ*Aj* ΔT=115,2W q(sg)=(FCGI)*(CS)*(FCR)*A=618,6W qt=qj+q(sg)=733,7W 26 - Se a janela descrita no exercício 25 apresenta uma protuberância superior de 0,5 m, qual a distancia a que a sombra se estendera? D=0,5m Tabela=>β=56º / Φ=60º ɤ= Φ-Ψ=20
= 0,789m
27 - Determine a transferência de calor instantânea através da janela do exercício 25, considerando a sombra proporcionada pela protuberância superior do exercício 26. A=3m² / µ=3,2W/m²*K qj= µ*Aj*ΔT=115,2W
área solar=>As=2*(1,5-0,789)=1,422m² FCGI (tab)=580W/m² CS=0,45 FCR(tab)=0,79 q(sg)=(FCGI)*(CS)*(FCR)*As=293,202W qt=qj+q(sg)=408,402W 28 - Determine a carga total através das janelas de um edifício de escritórios sem sombreamento externo, em uma localidade a 32° de latitude norte. As janelas são de vidro normal de folha dupla com 6 mm de espaço de ar e possuem área total de 40 m2. Cortinas com coeficiente de sombreamento de 0,7 permanecem completamente baixadas. Faca os cálculos para o meio-dia de: µ(verão)=3,5W/m²*K / µ(inverno)=3,3W/m²*K A=40m² / CS=0,7 / FCR(sul)=0,83 FCGI (agosto/sul)=355W/m² FCGI(dezembro/sul)=795W/m² a) Agosto, admitindo temperatura interna de 25°C e externa de 37°C. qj= µ*Aj*ΔT=1680W
q(sg)=(FCGI)*(CS)*(FCR)*A=8250,2W qt=qj+q(sg)=9930,2W b) Dezembro, admitindo temperatura interna de 20°C e externa de 4°C. qj= µ*Aj*ΔT=1584W
q(sg)=(FCGI)*(CS)*(FCR)*A=18475,8W qt=qj+q(sg)=