Sistemas Termicos1- Um manometro de mercurio e utilizado paramedir a pressao no recipiente mostrado nafigura ao lado. O mercurio apresenta massa especifica igual a 13590 kg/m3. Adiferenca entre os niveis das colunas foi medida e eh igual a 24 cm. Determine apresso no recipiente.SOLUCAOPLg= 13590 x 0,24 x 9,8PLg= 31,996 KpaPatm= PLg= 13590 x 9,81 x 0,75Patm= 99,988 KPaPals= Patm + PLgPals= 131,984 KPa2- Admita que a massa especifica do ar na atmosfera e constante e igual a 1,15 kg/m e que a pressao do nivel do mar e 101 kpa. Qual e a pressao absoluta detectada por um piloto de balao que voa a 1500 m acima do nivel do mar?SOLUCAOPals= 101 - 1,15 x 9,8 x 1500Pals= 101 - 16,905Pals= 84,095 KPa3- A pressao absoluta num tanque eh igual a 85 kPa e a presso ambiente vale 97k Pa. Se um manometro em U, que utiliza mercurio (P = 13550 kg/m) como fluido barometrico,for utilizado para medir vacuo, qual sera a diferenca entre as alturas das colunas de mercurio?SOLUCAOh= (Pamh - Pabs)/ p x gh= (97x10 - 85x10)/ 13550 x 9,8h= 0,09 m4- Um recipiente contem uma mistura saturadade fluidorefrigerante R-134a a 30C. Sabendoque o volume ocupado pela fase liquida eh 0,1m3 e que o volume ocupado pela fase gasosa eh0,9 m3, determine o titulo da mistura contidano recipiente. SOLUCAODados: (vL=0,000843 m3/Kg;vv=0,0267 m3/Kg)x= (0,9/0,0267) + (0,1/0,000843)x= 0,2215- Um vaso rigido contem vapor saturado de amonia a 20 C. Transfere-se calor parao sistema ate que a temperatura atinja 40 C. Qual a pressao final? SOLUCAOComo o volume nao muda durante esse processo, o volume especificotambem permanece constante. Das tabelas deamoniav1=v2= 0,14922m^3/KgComo Vv a 40 C eh menor do que 0,14922 m3/kg,eh evidente que a amonia esta naregiao de vapor superaquecido no estado final. Interpolando entre os valores dascolunas referentes a 800 e 1000 kPa.P2= 945 kPa6 - Uma panela de pressao (recipiente fechado) contem agua a 100 C e o volume ocupado pela fase liquida eh 1/10 do ocupado pela fase vapor.A gua eh, ento, aquecida ate que a pressao atinja 2,0 MPa. Calcule a temperatura final do processo e a nova relacao entre os volumes das fases.Solucao:T1= 100 CVe=0,001044 m^3/kgVv=1,6729 m^3/kg Ve=0,1VvX = Vv/(Vaq/Ve) + (Vsap/Vv)X=6,202 x 10^-3V1= 0,001044 + 6,202x10^-3(1,6729-0,001044)V1= 0,011413T= 212,42 CVe= 0,001177 m^3/kgVv= v1= 0,011413x= 0,10397 -Um tanque tem um volume de 0,5 m3 e contem 10 kg de um gas ideal que apresenta uma massa molecular igual a 24. A temperatura eh de 25 C.Qual eh a pressao no gas?SOLUCAO:V= 0,5m^3m=10kgTr= 298,15kR= 8,1345 K/24 ou R=0,346437p= (10x0,3464375 x 298,15)/0,5p=2065,9 KPa8- Considere como sistema o gas contido no conjunto cilindro - embolo. Observe que vrios pesos pequenos estao colocados sobro o embolo.A presso inicial eh igual a 200 kPa e ovolume inicial do gs eh 0,040 m3. a) Coloquemos um bico de Bunsen embaixo docilindro e deixemos que o volume do gas aumente para 0,1 m3, enquanto a pressao permanece constante. Calcular o trabalho realizado pelosistema durante esse processo.SOLUCAO1W2= P (integral de 2 a 1) dV= P(V2-V1)1W2= 200KPa x (0,1-0,04)m^3 = 12,0 Kjb)Consideremos o mesmo sistema e as mesmas condicoes iniciais e finais, porem, aomesmo tempo que o bico de Bunsen esta sobo cilindro e o embolo se levanta,removamos os pesos deste, de tal maneira que durante o processo a temperatura se mantem constante. SOLUCAOwpv=mRTmRT= constante1W2 = integral (2 a 1). PdV = P1V1 Ln (V2/V1)= 200kPa x 0,04 m^3 x ln (0,1/0,04) = 7,33kJc) Consideremos o mesmo sistema, porem, durante a troca de calor removamos ospesos de tal maneira que a expressoPV^1,3 = constante, descreva a relacao entre apressao e o volume durante o processo. Novamente o volume final eh 0,1 m3Calcular o trabalho. SOLUCAO:P2=P1(v1/V2)^1,3=200(0,04/0,1)^1,3= 60,77 kPa1W2= integral (2a1) Pdv= (P2V2 - P1V1)/1-n= 60,77x0,1-200x0,04/ 1-1,3= 6,41 Kjd) Mesmas condicoes de a, porem mantem-se oembolo preso por meio de um piso. Alem dissofa-se com o que o calor seja transferido dosistema ate que a pressao caia para 100KPa.SolucaoP1=200KPa --> P2=100KPaV1= 0,04 m3 -->V2= 0,04 m3W=09- Num conjunto cilindro-pistao ha 0,1 kg de agua a 1000 kPa e 500 C. Sobre o pistao atua uma forca de moduloconstante. A agua eh resfriada ate que ovolume interno do conjunto seja igual ametade do volume inicial. Nessa condicao, o pistao eh travado por um esbarro e nao pode mais diminuir seu volume interno. A partir dessa condicao, a agua continua a ser resfriada ate a temperatura de 25 C Determine:a. A presso da gua no estado final. Solucaov1= 0,35411 m^3/kgv1a/2 = 0,17706 m^3/kgv2 < Vv a 25C e que a pressao no estado 2 3,169KPab. O trabalho total realizado nos processosSolucao1w1= integral (2a1)pdV =mp1(v1a-v1) +0= 0,1x1000(0,17706 - 0,35411)= -17,7Kj10- O conjunto cilindro-pistao contem 2kg de agua. O pistao esta submetido a acao deuma mola linear e da pressao atmosferica e apresenta massa desprezivel. No estado inicial, o volume da camara eh 200 litros,a mola toca levemente o pistao de modo quea presso iguala atmosfrica (patm= 100kPa) Quando o embolo encontra o batente, o volumeda cmara eh de 800 litros e a temperatura daagua 600C. Se a agua for aquecida ate que suapressao atinja 1,2MPa, determine as temperaturasdos estados final e inicial.SOLUCAO11- Um recipiente, com volume de 5,0m3, contm 0,05m3de agua liquida saturada e 4,95 m3 de agua noestado de vapor saturado a pressao de 0,1 MPa.Calor eh transferido a agua ate que o recipiente contenha apenas vapor saturado. Determinar ocalor transferido nesse processo. SOLUCAOP1= 0,1MPA T=99,62v1= 0,001043Vv= 1,6940 m1liq= Vliq/v1 = 0,05/0,001043= 47,94kgU1=m1liq.U1liq + m1vap U1vap=47,94(417,36) + 2,92(2506,1)= 27326kJm=m1liq+m1vap= 47,94+m1vap= Vvap/Vv= 4,95/1,6940= 2,92KgU1= 47,94(417,36)+2,92(2506,1)=27326 kJm=m1liq +m1vap= 47,94+ 2,92= 50,86kgv2= V/m =5/50,86 = 0,09831 m^3/kgPor interpolacaopressao 2,03MPa, o volume especificodo vapor saturado= 0,09831U2= 2600,5 Kj U2=mU2= 50,86(2600,5)= 132,261 kJQ2= U2-U1= 132,261 - 27326= 104,935KJ12- Um cilindro provido de pistao contem0,5 kg de vapor dagua a 0,4 MPa eapresenta inicialmente um volume de 0,1 m3.Transfere-se calor ao vapor ate que atemperatura atinja 300C, enquanto a pressaopermanece constante. Determinar o calortransferido processo.SOLUCAOP=400KPa --> v1=0,001084m3/kgVv= 0,4625m3/kgV=Ve+X(Vv-Ve)0,2=0,001084+X(0,4625-0,0010841)x=0,4311Pela tabela agua saturada e tabelaem funca da pressao.hi=604,73 KJ/Kghv=2738,5KJ)Kghi=604,73+0,4311(2738,5-604,73)hi=1524,60 KJ/KgAgua saturada: tabela em funcao pressaoT=300C --> P=8,581MPaVapor superaquecidoTabela vapor superaquecidoP=400KPa --> T=300Ch2=3066,7 KJ/Kgv2=0,65484 m^3/KgW=400x0,5(0,65484 -0,2)W=90,968 KJQ1=m(h2-h1)Q1=0,5(3066,7-1524,60)Q1=771,05 KJ13- Durante a operacao de carga de uma bateria a corrente eletrica de 20A ea tensao 12,8V. A taxa de transferenciade calor da bateria eh 10W. Qual a taxa deaumento da energia interna?SOLUCAO:W=-Ei= -20x12,8=-256WdU/dt= Q-W= -10-(-256)= 246 J/s14- A figura abaixo mostra um conjunto cilindropistao, no qual atua uma mola linear e quecontem 0,5 kg de vapor de agua saturado a 120C.A area da secao transversal do embolo eh 0,05m^2 e a constante elastica da mola eh 15kN/m. Calor eh, entao, transferido para a agua e o pistao se movimenta.a)Qual eh a temperatura da agua no cilindroquando a pressao atingir 500kPa?b) Calcule o calor transferido neste processo.SOLUCAO:m(u2-u1)= 1Q2-1W2Pela tabela V1= 0,89186 m^3/kg... u1=2529,2kJ/kgP2=P1+(ksm/Ap^2) x(v2-v1)=198,5 + (15x0,5/0,05^2)x(v2-0,89186)P2=500kPaV2=0,89186+(500-198,5) x (0,05^2/7,5)=0,9924m^3/kgPela tabela T2=803 C; U2= 3668kJ/kgW12=(P1+P2/2) x m(v2-v1)=198,5+500/2) x 0,5(0,9924-0,89186)=17,56kJ1Q2= m(u2-u1) = 0,5(3668-2529,2)=569,39 KJ15- Considere um condensador resfriado a aguade um sistema de refrigeracao de grande porteque utiliza R-134a como fluido refrigerante. O refrigerante entra no condesador a 60C e 1MPae o deixa como liquido a 0,95MPa e 35C. A aguade resfriamento entra no condesador a 10C e saia 20C. Sabendo que a vazao de refrigerante ehigual a 0,2Kg/s, determine a vazao de agua de resfriamente neste condesador.SOLUCAOTabelas de R-134a e vapor dagua(he)r= 441,89 KJ/Kg (he)a=42 KJ/kg(hs)r= 249,10 KJ/Kg (hs)a=83,95kJ/kgma=0,2(441,89-249,1)/(83,95-42)= 0,919 Kg/s16- Um recipiente com volume interno de 1m^3contem 0,12m^3 de granito, 0,15m^3 de areia e 0,2m^3 de agua liquida a 25C. O restante do volume interno eh ocupado por ar queapresentea massa especifica igual a 1,15kg/m^3. Determine o volume especifico e amassa especifica contida no recipienteSOLUCAO:mgranito = p.v= 2750 x 0,12= 330,0Kgmareia = p.v= 1500 x 0,15= 225,0 kgmgua= p.v= 997x0,2 = 199,4 kgmar= p.v= 1,15x0,53= 0,6 kgmtotal= 755,0 kgv= vtotal/mtotal= 1/755= 0,001325 m^3/kgp= mtotal/Vtotal= 755/1= 755,0 kg/m^316- um manometro de mercurio eh utilizadopara medir a pressao no recipiente. Omercurio apresenta massa especifica iguala 13590 kg/m^3 e a diferena entre as alturas das colunas eh igual a 0,24m. Determine a pressao no recipientesabendo que a pressao atmosferica e 750mmhSOLUCAOPatm= 13590x9,81x0,75Patm= 100kPaPabr= Patm + PglPabr= 100+13590x9,81x0,24Pabr=131,984 KPa17- Admita que a massa especifica do areh constante na atmosfera e mede 1,15 e quena pressao na altitude do mar 101KPa. Qual a pressao absoluta por um piloto de balaoque voa a 1500m acima do nivel do mar.SOLUCAOPabr= 101K - PalPabr= 101k - 1,15x9,81x1500Pabr=84,077 KPa18- A pressao absoluta num tanque eh iguala 85 kPa e a pressao ambiente vale 97 kPa. Se um manometro em U, que utiliza mercurio(p =13550 kg/m3) como fludo barometrico, for utilizado para medir vacuo, qual sera a diferenca entre as alturas das colunas demercurio.SOLUCAO:L= 97-85/13590 x 9,81L= 0,09m19- Considere a agua como fluido de trabalhoe os estados termodinamicos dados por 120Ce 500K.SOLUCAOTabela- agua saturadaT=120C --> P=198,53 KPaComo Pet>Psat, temos um liquido comprimidoVe= 0,001060 m^3/KgTabela agua saturada em funcao da pressaoP=500KPa ---> T= 151,86CComo Tet Ve= 0,001073m3/kgVv=0,6058 m3/kgVe T1= 400Km= 600x1/0,2968x400m=5,05Kgse 0,5kg vazam m2=4,55kgP=4,55x0,2968x375P=506,83KPa24- Um conjunto cilindro pistao contem 0,5kg de amonia a -20C e titulo igual a 0,25.A amonia eh aquecida ate que a temperaturaatinja 20 C. Neste estado o volume ocupadopela amonia eh 41% maior do que o volumeinicial. Determine a pressao no estadofinal e o trabalho realizado pela amonia.SOLUCAOp e v eh linear.p1=psat=190,2KPAv1=v1+x1 VLv= 0,001504 +0,25 x 0,62184=0,15696 m^3/kgT=20C V2=1,41xV1= 0,2213m^3/kgEstado 2=600KPa1W2= 0,5(1/2)(190,2+600)(0,2213-0,15696)1W2= 12,71KJ25- O conjunto cilindro pistao contem 0,1kgde agua a 1000kPa e 500 C e o modulo da forcaque atua sobre o pistao eh constante. A aguaeh entao resfriada ate que o volume interno do conjunto seja igual a metade do volumeinicial. Nesta condicao, o pistao fica enconstado no esbarro. Apos este processo a agua eh resfriada ate 25 C. Determine a pressao da agua no estado final, o trabalhototal realizado nos processos.SOLUCAOVapor superaquecido-->volume especificoV1=0,35411 m^3/kgVolume especifico no vapor = metade valor inicialv1/2=0,17706 m^3/kgV2=V1aV2 < 25C e maior do que v1 na mesma temp.Estado saturado a 25CEstado 2 --> p=3,169kPa1W2= mp1(V1a- V1) +0=0,1x1000(0,17706-0,35411)=-17,7Agua saturada - TabelaT=25C --> Ve=0,001003 m^3/kgVv=43,539 m^3/kgP=3,1691 KPaCONCEITOSUm trocador de calor ou permutador decalor um dispositivo para transferencia de calor eficiente de um meio para outro.Tem a finalidade de transferir calor de um fluido para o outro, encontrando-se estes a temperaturas diferentes.A eficincia de um trocador de calordepende principalmente:Do material utilizado para construo;Da caracterstica geomtrica eDo fluxo, temperatura e coeficientede condutibilidade trmica dos fluidosem evidncia.Bocal: dispositivo que acelera o fluidodiminuindo sua pressaoDifusor: dispositivo que desalecera o fluido aumentando a pressaoCaracteristicas ambos:-escoamento regime permanente- nao ha trabalho- troca de calor desprezivel