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Lista de Exercícios Propostos

Unidade - 02

Termodinâmica

Propriedades de uma substância pura

Aluno: ________________________________

Primeiro Semestre 2015_1

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1. Considere o ar atmosférico como um gás ideal e determine o volume específico e a massa

específica para a pressão atmosférica padrão na temperatura de 20c.

Dados: Runiversal = 847,7kgf.m/kgmol.K, Mar=28,97kg/kgmol

Solução:

3

2. Um tanque cilíndrico vertical contém 4,0 kg de monóxido de carbono gás à temperatura de -50c.

O diâmetro interno do tanque é D=0,2m e o comprimento, L=1,0m. Determinar a pressão, em bar,

exercida pelo gás. (Runiversal = 847,7kgf.m/kgmol.K, Mco=28,01kg/kgmol)

Solução:

4

3. Um balão esférico tem um raio de 3m, contém ar na pressão de 1,0kgf/cm2 e temperatura 15c.

Calcular a massa e o número de moléculas de ar contida no balão.

Dados: Rar=29,27kgf.m/kg.K, Mar=28,97kg/kgmol.

Solução:

5

4. Um balão esférico tem um raio de 5m, contém hélio na pressão de 2,5kgf/cm2 e temperatura de

25c. Calcular a massa e o número de moléculas do hélio contida no balão.

Dados: Rhélio=211,8kgf.m/kg.K, Mhélio=4,003kg/kgmol

Solução:

6

5. Uma bomba de vácuo é usada para fazer vácuo num banho de hélio liquido. A vazão de entrada na

bomba de vácuo é de 80m3/min. A pressão na admissão da bomba é de 0,1torr e a temperatura

encontra-se a -23c. Qual a massa de hélio que entra na bomba por minuto?

Dados: Rhélio=211,8kgf.m/kg.K, Mhélio=4,003kg/kgmol

Solução:

7

6. Uma quantidade de ar está contida em um cilindro vertical equipado com um embolo sem atrito e

um conjunto de esbarros conforme mostrado na figura. A área de secção transversal é de 450cm2 e

o ar está inicialmente a uma pressão de 2,0kgf/cm2 e 430c. O ar é então resfriado como resultado

da transferência de calor para o meio.

Determinar a temperatura do ar interior quando o êmbolo atinge os esbarros?

Se o resfriamento prosseguir até a temperatura atingir 21c, qual a pressão no

interior do cilindro nesse estado?

Solução:

8

7. Uma câmara de pneu com volume interno igual a 0,09m3 contém ar na temperatura de 21˚c e

pressão de 30 lbf/in2 Abs. Determinar a massa específica e peso do ar contido na câmara do pneu,

dado R ar = 287 m2/s

2k.

Solução:

9

8. Um termômetro, de liquido em vidro, indica uma temperatura de 30C. Determinar: as respectivas

temperaturas:

a) Grau Celsius em grau Fahrenheit;

b) Grau Celsius em grau Rankine;

c) Grau Celsius em grau Kelvin.

Solução:

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9. Para cada estado termodinâmico da água abaixo, representar esquemática seu local no diagrama

(T-v) e verifique para cada um deles se:

a) O estado termodinâmico é um Líquido comprimido;

b) O estado termodinâmico é um vapor superaquecido;

c) O estado termodinâmico é um saturado. Se saturado, calcular o título.

9.1. T=120c, P=1,36kgf/cm2;

9.2. P=4kgf/cm2, v=0,500m

3/kg;

9.3. T=150c, v=0,500m3/kg;

9.4. P=2,0kgf/cm2, T=100c;

9.5. T=200c, v=0,0012m3/kg;

9.6. P=1,2kgf/cm2, T=120c;

9.7. T=160c, h = 645,0kcal/kg;

9.8. P=15,0kgf/cm2, v=0,11m

3/kg;

9.9. T=200c, v=0,1275m3/kg;

9.10. P=1,0kgf/cm2, h=99,1kcal/kg;

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T

v

Região

Vapor Saturado

Região

Vapor Superaquecido

Região

Líquido Comprimido

T

v

Região

Vapor Saturado

Região

Vapor Superaquecido

Região

Líquido Comprimido

T

v

Região

Vapor Saturado

Região

Vapor Superaquecido

Região

Líquido Comprimido

Solução:

9.1. T=120c, P=1,36kgf/cm2;

9.2. P=4kgf/cm2, v=0,500m

3/kg;

9.3. T=150c, v=0,500m3/kg;

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T

v

Região

Vapor Saturado

Região

Vapor Superaquecido

Região

Líquido Comprimido

T

v

Região

Vapor Saturado

Região

Vapor Superaquecido

Região

Líquido Comprimido

T

v

Região

Vapor Saturado

Região

Vapor Superaquecido

Região

Líquido Comprimido

9.4. P=2,0kgf/cm2, T=100c;

9.5. T=200c, v=0,0012m3/kg;

9.6. P=1,2kgf/cm2, T=120c;

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T

v

Região

Vapor Saturado

Região

Vapor Superaquecido

Região

Líquido Comprimido

T

v

Região

Vapor Saturado

Região

Vapor Superaquecido

Região

Líquido Comprimido

T

v

Região

Vapor Saturado

Região

Vapor Superaquecido

Região

Líquido Comprimido

9.7. T=160c, h = 645,0kcal/kg;

9.8. P=15,0kgf/cm2, v=0,11m3/kg;

9.9. T=200c, v=0,1273m3/kg;

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T

v

Região

Vapor Saturado

Região

Vapor Superaquecido

Região

Líquido Comprimido

9.10. P=1,0kgf/cm2, h=99,1kcal/kg;

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10. (Concurso PETROBRAS – 2011) - Um tanque rígido de 0,9m3 contém um gás ideal na pressão

de p1=0,5MPa e temperatura de T1=500K. Após um vazamento de 0,5kg do gás, a pressão reduziu

para p2=400 kPa. Considerando RConstante do Gás=0,3 kJ/kg.K, a temperatura T2, em K, vale:

(A) 260

(B) 400

(C) 480

(D) 2.400

(E) 3.000

Solução:

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11. (Concurso PETROBRAS – 2006) - Com respeito ao estado termodinâmico e às propriedades

termodinâmicas de substâncias, é correto afirmar que:

(A) calor e trabalho são propriedades termodinâmicas.

(B) título é definido como a razão entre a massa da fase vapor e a massa total de uma

substância.

(C) título é definido como a razão entre o volume ocupado pela massa da fase vapor e o

volume total da substância.

(D) a variação de entalpia pode ser sempre calculada pelo produto do calor específico à

Pressão constante com o diferencial de temperatura.

(E) em um gás ideal, a energia interna específica depende fortemente da pressão e da

temperatura.

Solução:

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12. (Concurso PETROBRAS – 2010) Um recipiente rígido de 2m3 contém um gás a 350K e 0,5MPa.

Ocorre um vazamento e 0,5 kg desse gás é perdido para a atmosfera. Após o vazamento, a

temperatura do gás no tanque é de 320K. Considerando-se que esse gás segue o modelo de gás

ideal, com R=0,3 kJ/kg.K, a pressão no tanque, no estado final desse processo, é dada, em kPa,

por:

(A) 520

(B) 484

(C) 450

(D) 432

(E) 294

Solução:

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13. (Concurso TERMOAÇU– 2008) Um recipiente de 5m3 é parcialmente preenchido com 600kg de

um material cuja massa específica, em unidades do Sistema Internacional, vale 2.400. O restante

do volume do recipiente contém ar com massa específica, também em unidades do Sistema

Internacional, igual a 1,2. Nesta situação, a massa de ar (kg) no interior do recipiente é igual a:

(A) 1,20

(B) 2,50

(C) 3,60

(D) 4,75

(E) 5,70

Solução:

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14. (Concurso TERMOAÇU– 2008) - A tabela a seguir reproduz um trecho da tabela de saturação de

determinada substância pura simples compressível.

Um estado termodinâmico em que esta substância é um líquido comprimido corresponde a:

(A) P = 173,80 kPa ; T = 22°C

(B) P = 913,41 kPa ; T = - 22°C

(C) P = 913,41 kPa ; h = 283,85 kJ/kg

(D) T = - 22°C ; h = 1461,58 kJ/kg

(E) T = 22°C ; h = 1415,34 kJ/kg

Solução:

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15. (Concurso TRANSPETRO – 2012) - Para sistemas de substâncias puras compressíveis simples, o

princípio dos estados equivalentes indica que o número de propriedades para se indicar o estado

termodinâmico da substância pura são:

(A) Intensivas dependentes é igual a três.

(B) Intensivas independentes é igual a dois.

(C) Extensivas dependentes é igual a quatro.

(D) Extensivas independentes é igual a cinco.

(E) Intensivas e extensivas independentes é igual a seis.

Solução:

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16. (ENADE – 2008) - Uma panela de pressão cozinha muito mais rápido do que uma panela comum,

ao manter mais altas a pressão e a temperatura internas. A panela é bem vedada, e a tampa é

provida de uma válvula de segurança com uma seção transversal (A) que deixa o vapor escapar,

mantendo, assim, a pressão no interior da panela com valor constante e evitando o risco de

acidentes.

Considerando os dados fornecidos na figura e na tabela acima e uma situação em que a panela contém

água saturada, a massa da válvula, em gramas, para garantir uma pressão manométrica interna constante

de 100 kPa, e o correspondente valor aproximado da temperatura da água, em ºc, são, respectivamente:

(A) 4 e 100

(B) 4 e 120

(C) 40 e 100

(D) 40 e 120

(E) 400 e 100

Solução: