termodinâmica e transferência de calor

TERMODINÂMICA E TRANSFERÊNCIA DE CALOR
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TERMODINÂMICA E TRANSFERÊNCIA DE CALOR
Profa Maria Laura G. S. da Luz
EXERCÍCIOS DA UNIDADE XIV
Proposto em 08/01/2014
1. Determine a razão de mistura do ar com 60% de umidade relativa e uma temperatura de 30oC,
para uma pressão barométrica de 1,070 kgf/cm2, por fórmulas e pelo gráfico psicrométrico.
Respostas: RM = 0,0159 kg vapor d’água/kg ar seco (gráfico); RM = 0,01546 kg vapor d’água/kg ar
seco (fórmulas).
2. Determinar por fórmulas e pelo gráfico psicrométrico o volume específico de uma mistura de ar
seco-vapor d’água cuja temperatura é de 25oC e a umidade relativa é de 20%, a pressão barométrica
padrão. Respostas: vs = 0,85 m3/kg ar seco (gráfico); vs = 0,82 m3/kg ar seco (fórmulas)
3. Tem-se ar com tbs = 35oC e tbu = 17oC. Através do gráfico psicrométrico determinar todas as
características do ar nestas condições. Determinar também todas as características se este ar for
aquecido a 50oC. Respostas: a) RM = 0,0048 kg v.a./kg ar seco; vs = 0,878 m3/kg ar seco; H = 48
kJ/kg ar seco; pv = 0,75 kPa; tpo = 3oC; UR = 14%; b) RM = 0,0048 kg v.a./kg ar seco; vs = 0,922
m3/kg ar seco; H = 64 kJ/kg ar seco; pv = 0,75 kPa; tpo = 3oC; UR = 7%.
4. Deseja-se secar 20 toneladas de sorgo com 23% de umidade inicial até 13% de umidade final.
Após serem analisadas as características do ar de secagem disponível, conclui-se através do gráfico
psicrométrico que o vapor d’água a ser retirado é de 700g/min. Qual o tempo necessário em horas
para que o lote alcance a umidade desejada? Comentar a resposta. Sabe-se que:
Massa de água a retirar = Massa do produto (Umidade inicial - Umidade final)
100 - Umidade final
Resposta: tempo = 54,73 horas
5. Considere 60 m3 de mistura ar-vapor d’água a 1,0 kgf/cm2, 30oC e 70% de umidade relativa.
Calcule a razão de mistura e o ponto de orvalho usando o gráfico psicrométrico e através das
fórmulas. Calcule também a massa de ar e a massa de vapor que constituem a mistura. Respostas: a)
Gráfico: RM = 0,0185 kg v.a./kg ar seco e tpo = 23,6oC; Fórmulas: RM = 0,0194 kg v.a./kg ar seco e
tpo = 23,77oC; b) mar = 65,605 kg; mvap = 1,272 kg
6. Calcule a massa de água condensada se a mistura do exercício anterior for resfriada até 4oC em
um processo a pressão constante. Calcular a massa de água utilizando as RM’s determinadas pelo
gráfico psicrométrico e por fórmulas. Respostas: a) Pelo gráfico: mágua = 0,886 kg; b) Por fórmulas:
mágua = 0,886 kg
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7. Uma unidade de ar condicionado é mostrada no esquema, com os dados de pressão, temperatura e
umidade relativa. Calcule o calor transferido por kg de ar seco, supondo desprezíveis as variações de
energia cinética.
(1)
Q
(2)
ar + vapor

 ar + vapor
p = 1,020 kg/cm2
t = 30oC
UR = 80%
água líquida a 20oC
p = 1,007 kg/cm2
t = 20 oC
UR = 95%
Fórmulas a serem usadas:
(-Q) +  (m H)1 =  (m H)2 líq e vapor (Obs.: -Q porque o ar perdeu calor)
(-Q) +  (mar Har)1 + (mv Hv)1 =  (mar Har)2 + (mv Hv)2 + m L2 . H L2
 (parcela do condensado)
mv = W . mar (W = razão de mistura)
-Q/mar + Har 1 + W1Hv1 = Har 2 + W2Hv2 + (W1 – W2)HL2
Q/mar = (Har) + W2Hv2 – W1Hv1+ (W1 – W2)HL2
Resposta: Q =  6,92 kcal/kg ar seco
8. Um tanque de 0,3 m3 contém Nitrogênio e vapor d’água. A temperatura da mistura é de 50oC e a
pressão total é de 2,0 kgf/cm2; a pressão parcial do vapor d’água é de 0,0563 kgf/cm2. Calcule o
calor transferido quando o conteúdo do tanque é resfriado a 10oC.
Fórmulas a serem usadas:
Q = U2 – U1 = mN2 . cv N2 (T2 – T1) + (m2 U2)v + (m2 U2)L – (m1– U1)v
mN2 = pN2 . V/RN2 . T
ptotal = pN2 + pv1
mv1 = pv1. V/Rv . T e mv2 = pv2. V/Rv . T
mlíq proveniente da condensação: mL2 = mv1 – mv2
Uvapor d’água = Uvapor d’água saturada
U + pV = H então U = H – pV
Uv1 = Hv – ps vv e Ulíq = Hlíq – pV
Resposta: Q =  8,36 kcal
9.Determinar a quantidade de ar necessária (m3/h) para secar em 8 horas um lote de arroz de 25.000
kg, cuja umidade inicial é de 22% e a umidade final é de 12%. O ar ambiente tem tbs = 20oC e UR =
75%. O ar de secagem tem tbs = 50oC e o ar de exaustão do secador tem UR = 85%. Determinar
também o calor necessário (kJ/h) para executar essa secagem, bem como a tpo no ar para o estado 3.
Respostas: a) Quantidade de ar = 34.763,77 m3/h; b) Q = 1.233.553,035 kJ/h; c) tpo = 25,9oC
10.Calcular o custo da secagem do exercício anterior, considerando que o combustível a ser
queimado será a lenha, cujo PCI é 4.600 kcal/kg,  = 500 kg/m3 e o preço do m3 da lenha é R$
50,00. Resposta: R$ 51,20
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