1a lista de TB:

Ø Conceitos Fundamentais.

Ø Energia e 1a Lei para Sistemas.

Ø Propriedades de substâncias e uso de Tabelas Termodinâmicas.

1. Um balde contendo concreto, com massa total de 200kg, é movimentado por um guindaste até uma altura de 20m a partir do repouso no solo. Sabendo que o balde é acelerado durante o movimento até atingir a velocidade final de 10m/s, considere o balde como um sistema e determine a variação da energia total durante este movimento. Admita que a aceleração local da gravidade apresente módulo igual a 9,8m/s2.

R: 49200J

2. Cada linha na tabela a seguir fornece dados sobre um processo em um sistema fechado. Todos os valores possuem as mesmas unidades de energia. Complete os espaços em branco na tabela.

a) Tabela 1.

Processo Q W Ec Ep ΔE

A +50 -20 20 +50 70

B +50 +20 +20 10 30

C -40 -60 -40 +60 +20

D -90 -90 -50 +50 0

e +50 150 +20 -120 -100

b) Tabela 2.

Processo Q W Ec Ep ΔE A +1000 +100 +800 B -500 +200 +300 C -200 +300 +1000 D -400 +400 +600 e -400 +800 -400

Curso:  Engenharia  /  Santos   4º  e  5º  semestres  

Termodinâmica  Básica  

Prof.  Fátima  F.  Della  Rocca  

3. Um sistema fechado de massa 2kg é submetido a um processo no qual o calor é transferido com uma magnitude de 25 kJ do sistema para sua vizinhança. A elevação do sistema aumenta em 700m durante o processo. A energia interna específica do sistema decresce 15kJ/kg e não há variação da energia cinética do sistema. Determine o trabalho, em kJ. Considere g=9,8m/s2. R:-8,72kJ

4. (ex 41 on-line) Água é aquecida em uma panela fechada sobre um fogão, enquanto a água é agitada por uma roda de pás. Durante o processo 30kJ de calor são transferidos para a água e 5kJ de calor são perdidos para o ar ambiente. O trabalho da roda de pás é de 500Nm. Determine a energia final do sistema se sua energia inicial é de 10kJ. R:35,5kJ

5. A massa de um automóvel é de 1200kg. Qual é a sua energia cinética, em kJ, em relação á estrada quando ele viaja a uma velocidade de 50km/h? Se o veiculo acelerar para 100km/h, qual é a variação na energia cinética, em kJ? R:347,8kJ

6. Um objeto de peso 40kN é posicionado a uma altura de 30m acima da superfície da Terra. Para g=9,78m/s2, determine a energia potencial gravitacional do objeto, em kJ, em relação à superfície da Terra. R:1200kJ

7. A aceleração padrão da gravidade (no nível do mar e a 45º de latitude) é 9,80665m/s2. Qual é a força necessária para manter imobilizada uma massa de 2kg nesse campo gravitacional? Calcule a massa de outro corpo, localizado nesse local, sabendo que é necessária uma força de 1N para que permaneça em equilíbrio. F=19,6133N; m=0,102kg

8. O diâmetro de um macaco hidráulico é igual a 200mm. Determine a pressão no cilindro para que o pistão levante uma massa de 740kg. 235,5Pa

9. (questão de prova institucional) Não é de hoje que o vento vem sendo utilizado como um sistema gerador de energia. Na verdade desde 4000 a.C. que vem se utilizando a energia dos ventos para se movimentar barcos, moinhos, bombear água para cidades e regiões de plantio de alimentos, porém somente recentemente é que essa energia vem sendo convertida em eletricidade. Nos Estados Unidos a energia eólica vem sendo utilizada desde os anos 1850 para o bombeio de água por meio de pequenos cataventos, mas somente a partir de 1900 para gerar eletricidade. O desenvolvimento de turbinas modernas só ocorreu na década de 1970. No mundo a capacidade de geração de energia eólica já ultrapassa os 40 GW de potência, sendo que 75% dessa geração encontra-se nos Estados Unidos, Alemanha, Dinamarca e Espanha. Diversos países estão intensificando suas atividades na geração de energia elétrica por meio de captação da energia eólica.

No Brasil, leilões para a produção de energia eólica estão sendo feitos desde 2009 a fim de promover a diversificação da matriz energética do país. Segundo diversos estudos a capacidade brasileira gira em torno de 143 GW, sendo que o governo pretende alcançar até 2020 uma capacidade implantada de 10 GW.

Se considerarmos que a vazão mássica de ar que ultrapassa uma turbina é de 50000 kg/s e que essa turbina tenha uma eficiência de 30%. Determine qual é a potência por ela gerada se o vento encontra-se a uma velocidade de 36000 m/h, e assumindo que só haja transformação de energia cinética em trabalho.

Dica: assim como a potência é a relação do trabalho pelo tempo a energia cinética pode ser relacionada com a vazão mássica se for dividida pelo tempo: 𝐸𝑐 = !

!.!.!"

!

!= !

!.𝑚.𝑉𝑒!

(1kJ/kg = 1000 m2/s2)

O valor da potência é:

a) 50kW b) 750kW c) 2500kW d) 750000kW e) 2500000kW R: b)

10. (ex 25 on-line) Considere um rio escoando em direção a um lago com uma velocidade média de 3m/s a uma vazão de 500m3/s em um local 90m acima da superfície do lago. Determine a energia mecânica total da água do rio por unidade de massa e o potencial para geração de potência do rio naquele local.

R: 886,5J/kg

11. Em determinado local o vento tem uma velocidade constante de 10m/s. Determine a energia mecânica do ar por unidade de massa e o potencial para geração de potência de uma turbina eólica com pás de 60m de diâmetro naquele local .Admita a massa específica do ar de 1,25 kg/m3.

Dado: e=v2/2 ; Potencial = (A.ρ .v3)/2 R: 50J/kg e 1,767MW

12. Meio quilograma de um gás contido em uma montagem cilindro-pistão está submetido a um processo a pressão constante de 4 bar iniciando em v1=0,72m3/kg. Para o gás como um sistema, o trabalho é W= - 84kJ. Determine o volume final do gás, em m3. R: 0,255m3

13. A figura a seguir mostra o esquema de uma central termoelétrica a vapor.

a) Mostre as fronteiras de um sistema termodinâmico neste esquema e justifique sua resposta.

b) Crie um volume de controle para algum componente deste esquema e apresente as correntes de energia e de massa existentes.

14. Um cilindro de aço, com massa igual a 2kg, contém 4litros de água líquida a 25º C e 500kPa. Determine a massa total e o volume do sistema. Utilize as tabelas A3 e A4 do apêndice A para obter a massa específica das substâncias. R: 5,988kg e 0,004256m3

15. Determine a pressão no fundo de um tanque que apresenta 5m de profundidade e cuja superfície livre está exposta a uma pressão de 101kPa. Considere que o tanque esteja armazenando os seguintes líquidos: 2m de Água a 25º C e 3m de Glicerina a 25º C. Utilize a tabela A4 do apêndice A para obter a massa específica das substâncias. R: 158,74kPa

16. (Ex 7 on-line) Um tanque plástico de 3kg que tem um volume de 0,2m3 é preenchido com água no estado líquido. Supondo que a massa específica da água seja 1000kg/m3, determine o peso do sistema combinado. R: 2030N

17. (Ex 8 0n-line) Determine a massa e o peso do ar contido em uma sala de 6mx6mx8m. Suponha que a massa específica do ar seja de 1,16kg/m3. R: 334,08kg e 3340,8N

18. (questão de prova institucional) A figura abaixo (Temperatura x volume específico) mostra, para uma dada pressão, o comportamento da água em suas fases de líquido comprimido a vapor superaquecido. São dados os pontos a, b, c e d numa linha de pressão constante.

Com base no diagrama apresentado, é incorreto afirmar que:

a) Os pontos a e c correspondem aos estados de líquido saturado e vapor saturado, respectivamente.

b) O ponto d se encontra na região de vapor superaquecido, com temperatura acima do ponto de ebulição para a pressão de 300 kPa.

c) Dado o título de 70% para o ponto b, seu volume específico é de aproximadamente 0,42 m3/kg.

d) Os pontos a, b e c estão sob mesma temperatura de 133,6 oC, a qual chamamos de temperatura de saturação (Tsat) para a pressão de 300 kPa.

e) O volume específico do ponto d é menor que o volume específico do ponto c, já que, para maiores temperaturas há um aumento na agitação térmica molecular e o vapor superaquecido apresenta também um aumento em sua densidade.

R: e)

19. Utilizando Tabela Termodinâmica, determine a fase da substância e a(s) propriedade(s) que falta(m) dentre P, v, T, u e o título, quando aplicável, para os seguintes estados:

a) Nitrogênio: -53ºC e 600kPa;

b) Nitrogênio: 100K e 0,008 m3/kg

20. Determine o volume específico do R-410a e diga em que fase se encontra nos seguintes estados:

a) -15º C, 500kPa; R: líquido comprimido; v=vl para mesma temperatura à v=0,000815m3/kg

b) 20º C, 1000kPa; R: vapor superaquecido; v=0,02838m3/kg

c) 20º C, título 25%. R: mistura saturada; v=0,005088 m3/kg

21. (ex 48 on-line) Um tanque rígido de 1,8m3 contém vapor d’água a 220º C. Um terço do volume está na fase líquida e o restante na fase vapor. Determine a massa específica da mistura saturada.

220º C 2317,8kPa vl=0,001190m3/kg vv=0,08619m3/kg

R: 0,05786kg/m3

22. (ex 49on-line) Um vaso rígido contém 2kg de refrigerante R-134a a 800kPa e 120º C. Determine o volume do vaso (use tabela termodinâmica para obter o volume específico líquido e vapor).

R: 53,22m3.

23. Um conjunto cilindro pistão contém inicialmente vapor d’água saturado a 200kPa. Neste estado, a distância entre o pistão e o fundo do cilindro é 0,1m. Determine qual será essa distância e a temperatura se a água for resfriada até que o volume ocupado passe a ser a metade. (use tabela termodinâmica para obter o volume específico inicial e final). R: distância = 0,05m

24. Um centro de pesquisas está projetando um tanque cúbico para armazenar 4,76 kg de uma mistura saturada de líquido-vapor a 169,6º C com um título de 85% e cujo volume específico, nessas condições, é de, aproximadamente, 210 dm3 /kg. A transferência de calor para o tanque desde o estado inicial, no qual a pressão da mistura líquido-vapor saturada é 0,50 kgf/cm2 , até o estado final desejado, se dá a uma razão de 60 W. Necessita-se dimensionar a altura do tanque cúbico a ser construído. Considerando que o calor total transferido para o tanque durante o aquecimento foi de 9117 kJ, concluiu-se que a altura do tanque e o tempo do processo são, respectivamente, iguais a:

A 1,0 m e 42,2 horas.

B 1,0 m e 152,0 horas.

C 1,0 m e 422,0 horas.

D 10,0 m e 42,2 horas.

E 10,0 m e 152,0 horas.

Resposta: A