Termodinamica

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TERMODINÂMICA

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS E TABELAS DE VAPOR

Prof. Humberto A. Machado Departamento de Mecânica e Energia – DME Faculdade de Tecnologia de Resende - FAT Universidade do Estado do Rio de Janeiro - UERJ

Fevereiro de 2007

Exercícios resolvidos 1a lista – Propriedades de uma substância pura 2a lista – Trabalho e calor 3a lista – 1o lei da termodinâmica para um sistema 4a lista –1o lei da termodinâmica para um volume de controle 5a lista – 2a lei da termodinâmica 6a lista - Entropia Tabelas 1. 2. 3. 4. 5. Água saturada – temperatura Água saturada – pressão Vapor superaquecido – pressão Líquido comprimido Constantes

1ª LISTA DE EXERCÍCIOS – PROPRIEDADES DE UMA SUBSTÂNCIA PURA 1. Uma esfera metálica de 15,2 cm de diâmetro interno é pesada numa balança de braço deprecisão quando evacuada e, novamente, quando cheia com um gás desconhecido a 0,72 MPa. A diferença em peso é de 0,0221 N. A temperatura ambiente é de 27o C. Qual é o gás, assumindo-se que seja uma substância pura? 2. Um recipiente rígido A é conectado a um balão esférico elástico B, como mostrado na figura abaixo. Ambos contém ar na temperatura ambiente de 27o C. O volume do recipiente A é de 27 dm3 ea pressão inicial é 0,265 MPa. O diâmetro inicial do balão é de 30 cm e a pressão no seu interior é de 0,1 MPa. A válvula que liga A a B é aberta e permanece assim. Pode-se assumir que a pressão no interior do balão é diretamente proporcional ao seu diâmetro e que a temperatura final do ar é uniforme em todo sistema a 27o C. Determine: a) A pressão final do sistema b) O volume final do balão3. Verifique se a água em cada um dos estados abaixo é um líquido comprimido, vapor superaquecido, ou uma mistura de líquido e vapor saturados: a) 120O C, 0,1334 MPa b) 0,35 MPa, 0,5 m3/kg c) 150o C, 0,5 m3/kg d) 0,2 MPa, 110o C e) 200o C, 0,0012 m3/kg f) 3,4 KPa, 15,5o C 4. Um tanque fechado contém H2O líquido e vapor em equilíbrio a 260o C. A distância do fundo do tanque ao nível do líquido é 6m. Qual é a leitura de pressão no fundo do tanque comparada com a pressão no topo do mesmo? 5. Um reservatório rígido com 7 dm3 de volume contém 4,5 kg de água (líquido mais vapor) a 38o C. O reservatório é lentamente aquecido. Após um período de tempo suficientemente longo, o nível de líquido terá subido até atingir o topo do reservatório ou terá baixado até o fundo? e se o vaso contivesse 0,45 kgem vez de 4,5 kg?

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2ª LISTA DE EXERCÍCIOS – TRABALHO E CALOR 1. Considere-se o sistema mostrado na figura abaixo. O volume inicial dentro do cilindro é 0,03 m3. Nesse estado, a pressão interna é de 0,11 MPa, suficiente para contrabalançar a pressão atmosférica externa e o peso do êmbolo; a mola toca o êmbolo mas não exerce nenhuma força sobre o mesmo nesseestado. O gás é, então, aquecido até que o volume seja o dobro do inicial. A pressão final do gás é de 0,35 MPa e, durante o processo, a força da mola é proporcional ao deslocamento do êmbolo a partir da posição inicial. a) Mostrar o processo num diagrama P-V b) Considerando o gás interno como sistema, calcular o trabalho realizado por este, Que porcentagem é realizada contra a ação da mola?

2. Oarranjo cilindro-êmbolo, mostrado na figura abaixo, contém dióxido de carbono a 0,25 MPa e 150o C e o volume é de 0,1m3. Os pesos são, então, removidos a uma velocidade tal que o gás se expande segundo a relação PV1,2 = constante, até que a temperatura final seja de 100o C. Determinar o trabalho realizado nesse processo.

3. O cilindro mostrado abaixo contém 0,1 kg de água saturada a 38o C. Oêmbolo tem uma área seccional de 400 cm2, uma massa de 60 kg e repousa sobre os esbarros como mostrado. O volume nesse ponto é 0,02 m3. A pressão atmosférica externa é de 98 kPa e a aceleração da gravidade local é 9,75 m/s2. Transfere-se calor ao sistema até que o cilindro contenha vapor saturado. a) Qual é a temperatura da água quando o êmbolo deixa o esbarro? b) Calcular o trabalho realizado...
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