O ciclo Brayton é o ciclo utilizado como sendo o ideal da turbina a gás. Ele é composto de quatro processos que, em ordem, são:

Industrialmente, os processos produtivos contam com dispositivos que viabilizam o transporte de fluidos por tubulações a grandes distâncias. Esses dispositivos são as máquinas de fluxo, que têm como princípio básico de funcionamento:

Os mancais desempenham papel fundamental no suporte de cargas axiais e radiais transmitidas por eixos em movimento. Os mancais do tipo rolamento possuem quatro componentes principais, dentre eles, o separador, que tem a função de:

Um eixo maciço em operação está submetido a uma tensão de flexão de 120 MPa e de torção de 150 MPa. Se o material do eixo tem uma resistência ao escoamento de 580 MPa, pelo critério de análise de tensão de Von Mises, o fator de segurança de escoamento desse eixo é de:

Ar escoa sobre uma placa plana retangular com dimensões de 35 cm x 50 cm. O ar está a uma temperatura de 420 K e a taxa de transferência de calor entre a placa e o fluxo de ar é de 60 W. Se o coeficiente de transferência de calor convectivo médio do ar é de 2,5 W/m²K, a temperatura superficial da placa é de:

Em um arranjo cilindro-pistão, uma massa de vapor é aquecida, fazendo com que o pistão se movimente à pressão constante de 400 kPa. Se durante o processo no interior do cilindro o volume inicial é de 1,5 m³ e o volume final é de 3 m³, o trabalho realizado pelo vapor é:

Vapor escoa com vazão mássica de 25 kg/s por uma turbina adiabática, entrando a pressão de 5 MPa, energia interna u_i = 3000 kJ/kg, volume específico v_i = 0,07 m³/kg e saindo a pressão de 50 kPa, energia interna u_f = 2500 kJ/kg e volume específico v_f = 3,4 m³/kg. Desprezando a variação de velocidade, a potência produzida por essa turbina é: 

Uma máquina térmica de Carnot opera segundo um ciclo termodinâmico, recebendo calor de uma fonte à temperatura de 960 K e rejeitando calor a uma fonte fria à temperatura de 300 K. A efi ciência térmica dessa máquina é: 

Água escoa em regime permanente, sem perdas por atrito, por um conduto no qual tem sua seção reduzida do ponto 1 para o ponto 2, conforme mostrado na figura. Um manômetro é conectado entre esses pontos, mostrando um desnível de altura h = 0,3 m. Um outro tubo é conectado desde o ponto 1 até a atmosfera, mostrando que a água atinge uma altura H = 2,85 m. Considerando que a seção transversal no ponto 1 possui área A = 2x10^-2 m², o peso específico da água γ_água = 10⁴ N/m³, o peso específico do fluido manométrico γ_m = 4x10⁴ N/m³ e a pressão no ponto 2 p₂ = 15 kPa, a vazão volumétrica da água no escoamento é:

(g = 10 m/s²)

A figura mostra um manômetro em que o fluido no recipiente é a água, com peso específico γ_água = 10⁴ N/m³ e o outro fluido é o mercúrio, com peso específico γ_Hg = 136000 N/m³. Dadas as alturas mostradas na figura, a pressão p₁ é:

Um bloco de massa m igual a 60 kg se encontra em repouso em um plano inclinado em 30º com a horizontal, quando uma força F atua sobre o bloco em uma direção de ângulo de 30º em relação à superfície horizontal do bloco. Considerando o atrito entre o bloco e o plano, o valor da força F necessária para iniciar o movimento para cima do plano inclinado é:

Duas barras unidas de massa m_b e igual comprimento x, cada uma pode girar livremente como um mecanismo simétrico, conforme figura. A barra da direita tem em sua outra extremidade uma conexão com um disco circular maciço de massa m e raio r, que rola sobre a superfície horizontal sem deslizar enquanto a barra da esquerda se conecta com a parede. Uma força F é aplicada no ponto indicado na figura a partir da posição de repouso, onde a inclinação faz um ângulo θ com a vertical. A velocidade angular ω das barras quando atingem a posição θ = 90º é: 

Um ciclo Stirling ideal opera entre temperaturas de 400 K e 1200 K. Se o trabalho líquido realizado por ciclo é de 600 kJ/kg, o calor rejeitado pelo ciclo, em kJ/kg, é: 

Uma turbina a vapor opera com uma eficiência isentrópica de 90%. O vapor entra na turbina a 4 MPa e 350 °C , com entalpia de 3090 kJ/kg. A entalpia do vapor na saída da turbina ideal (isentrópica) é 2200 kJ/kg. Logo, a entalpia real na saída da turbina, em kJ/kg, é: 

Um ciclo Diesel ideal tem uma taxa de compressão de 16 e uma razão de corte de combustível de 2. A temperatura no início da compressão é 300 K. Considerando o ar como gás ideal com k=1,4 , e assumindo que 16^0,4≈3 e (1/8)0,4 ≈0,43, a temperatura no final da expansão, em K, é: 

Um motor de combustão interna de quatro tempos, quatro cilindros, tem um diâmetro de 100 mm e um curso de 100 mm. A cilindrada do motor, em litros, é:
Obs.: Considere π≈3,0.

Um freezer tem um COP de 3,0 e uma capacidade de refrigeração de 12 kW. A temperatura interna do freezer é −20 °C e a temperatura ambiente é 30 °C. Nesse sentido, a taxa de rejeição de calor para o ambiente, em kW, é:

Um refrigerador opera em um ciclo por compressão de vapor com R-22. A taxa de remoção de calor do espaço refrigerado é de 30 kW. O compressor consome 6 kW de potência. O calor transferido pelo condensador é de 36 kW. Logo, o COP do refrigerador é:

Um ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal usa R-134a. O evaporador opera onde a entalpia do líquido saturado é 30 kJ/kg. O condensador opera onde a entalpia do líquido saturado é 100 kJ/kg. A entalpia do vapor saturado na entrada do compressor é 250 kJ/kg. A entalpia do refrigerante na entrada do evaporador, em kJ/kg, é:

Uma esfera de aço (k=50 W/(m.K)) de 20 cm de diâmetro está inicialmente a 100 °C. Ela é subitamente exposta a um ambiente com temperatura de 20 °C e coeficiente de convecção de 5 W/(m2 .K). Portanto, o número de Biot é: