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Termodinmica Lista de Exerccios Captulos 3 e 4:

Exerccios do Livro Texto

VAN WYLEN, G. J., SONNTAG, R. E. e BORGNAKKE, C., Fundamentos da Termodinmica. 5ed., So Paulo, Brasil, 1998, Editora Edgard Blcher.

Captulo 3: 3.9, 3.11, 3.12, 3.18, 3.23, 3.26 Captulo 4: 4.6, 4.9, 4.10, 4.14, 4.24, 4.26

Questes de Prova

Questo 1: Um cilindro equipado com um mbolo sem atrito contm vapor dgua saturado a 150 C

(Figura 1). A rea seccional do mbolo 0,1 m2.Transfere-se, ento, calor do vapor dgua para o meio. Pede-se:

a) Determine o estado da gua quando o mbolo alcana os esbarros.

b) Mantm-se a retirada de calor da gua aps o mbolo alcanar os esbarros. Faa uma anlise qualitativa sobre a variao do ttulo. Seu valor ir aumentar, diminuir ou manter-se constante?

c) Descreva o processo em um diagrama temperatura volume especfico, incluindo a fase anterior ao mbolo alcanar os esbarros.

Figura 1 Questo 2:

O conjunto pisto-cilindro mostrado na Figura 2 contm gua a 400 kPa e 500 C. O pisto apresenta dimetro igual a 100 mm e massa de 80 kg. Inicialmente, o pisto pressiona os esbarros. As condies ambientes (externas) so respectivamente iguais a 100 kPa e 20 C. Calor ento transferido da gua para o ambiente at que esta alcance a temperatura ambiente (20 C).

1 m

Q

1 m

Patm

2

Pede-se: a) Descreva o processo em um diagrama T v; b) Os valores de presso e temperatura quando o

pisto comea a se mover; c) A quantidade de calor trocada por unidade de

massa.

g = 9,81 m/s2. Figura 2

Questo 3: O cilindro apresentado na Figura 3 contm gua lquida saturada a 110 C. Este cilindro

equipado com um mbolo sem atrito de rea seccional igual 100 cm2. Inicialmente o mbolo encontra-se a 2,1 cm da base do cilindro.Transfere-se, ento, calor para a gua at esta atingir a temperatura de 275 C. Pede-se:

a) Determine a massa de gua. b) Determine a massa do mbolo. c) Determine o estado final da gua. d) Descreva o processo em um diagrama T v. e) O que deve ser feito de modo a obter um

estado final para a gua equivalente condio de vapor saturado a 180 C?

Questo 4: Um navio tanque transporta metano em tanques esfricos com 2.500 m3 de capacidade. No

incio da operao de descarga, o Tanque 1 contm, em equilbrio a 153,15 C, 80% de metano na fase lquida e 20% de metano na fase vapor, em volume (Figura 4). Pede-se:

a) A massa total de metano no interior do Tanque 1.

b) O erro percentual no valor da massa ao se admitir a hiptese de gs perfeito.

c) O erro percentual no valor da massa ao adotar-se o Diagrama Generalizado de Compressibilidade.

d) A temperatura mxima que a mistura poder atingir no interior do tanque, sabendo que a presso mxima de projeto de 10 kgf/cm2.

Pamb.

Q gua

Patm

100 cm

Q

Figura 3

Vapor de metano 20 %

Metano lquido 80 %

T = -153,15 C

Figura 4

3

Questo 5:

A Figura 5 mostra um conjunto pisto-cilindro, no qual o pisto pode deslizar livremente entre os esbarros sem atrito. Na condio inicial, o arranjo contm gua a 100 kPa e ttulo de 20%, estando o pisto em repouso sobre os esbarros inferiores. Nesta condio, o volume da cmara de 400 litros, enquanto que o volume com o pisto limitado pelos esbarros superiores de 600 litros. Calor transferido para a gua at que ela se torne vapor saturado seco. Sabendo que a presso ambiente de 100 kPa e que necessria uma presso de 300 kPa para que o pisto inicie seu movimento, determine:

a) A presso final no cilindro; b) O calor transferido no processo; c) O trabalho realizado no processo;

Figura 5

Questo 6: (4,0 pontos)

O cilindro apresentado na Figura 6 contm 10 kg de gua. Este cilindro equipado com um mbolo sem atrito de rea seccional igual 49,05 cm2. Inicialmente o mbolo encontra-se apoiado nos esbarros e a gua apresenta uma temperatura de 100 C e ttulo de 40%. A massa do pisto de 50 kg e a presso ambiente equivale a 100 kPa. Transfere-se, ento, calor para a gua at esta atingir a temperatura de 250 C. Pede-se:

a) Determine a presso final. b) Determine o calor transferido para a gua. c) Descreva o processo em um diagrama T v.

Figura 6

Pabm.

Q gua

Q

Patm

gua