APS01-TERMOCL

Prévia do material em texto

SOCIEDADE UNIVERSITÁRIA REDENTOR 
CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIREDENTOR 
GRADUAÇÃO 
Aluno(a): Lucas da Silva Ferreira Matrícula: 1700102 
Professor(a): Isabela Santos 
Disciplina: Termodinâmica Clássica 
Atividade: APS1 Valor: 2,0 pontos Postagem: 
Objetivo da atividade: 
Fixação e aplicação dos conteúdos estudados através da resolução de problemas. 
Competências envolvidas: 
Aplicação de conhecimentos teóricos para solução de problemas termodinâmicos. 
Aulas de referência do caderno de estudos da disciplina: 
Aulas 01 a 06 
Enunciado: 
Resolver a lista de exercícios abaixo. 
Orientações Gerais: 
- Postar um arquivo único em PDF.
- A postagem do arquivo deve ocorrer até o dia 05/05/2020.
Lista de Exercícios 1 – Termodinâmica 
Propriedade das substâncias puras 
1) Um tanque rígido de volume igual a 2,5 m³ contem 15 Kg de mistura liquido-
vapor de água a 75ºC. Em seguida a água é aquecida lentamente. Determine a
temperatura na qual o liquido do tanque é completamente vaporizado.
2) Um processo isotérmico é realizado sobre uma massa de água. Inicialmente, a
água se encontrava como vapor saturado a 60ºC. Sabendo que o volume
específico da água no estado final é igual a 110% do volume específico inicial,
determine a pressão final desse processo.
3) Um tanque rígido de 0,5 m3 contendo hidrogênio a 20ºC e 600 kPa é conectado
por uma válvula a outro tanque rígido de 0,5 m3 contendo hidrogênio a 30ºC e
150kPa. A válvula é aberta e o sistema é deixado até atingir equilíbrio térmico
com a vizinhança, que está a 15ºC. Determine a pressão final no tanque.
4) Uma garrafa rígida de 0,1 m³ contém butano saturado a 300 K. Sabendo que o
título do butano na garrafa é igual a 75%, determine a massa de butano contida
neste recipiente.
5) Vapor d´água superaquecido a 1,4 Mpa e 250º C é resfriado a volume constante
até que a temperatura caia para 120º C. Determine a pressão e o título no estado
final.
Calor e Trabalho 
6) Um arranjo cilindro pistão contem 0,1Kg de água. Inicialmente, o volume interno
é 3 m³ e a temperatura da água 40ºC. A água é então comprimida num processo
quase estático e isotérmico ate que o titulo se torne igual a 50%. Calcule o
trabalho envolvido no processo admitindo comportamento ideal para vapor
d’água.
Primeira Lei da Termodinâmica 
7) Um cilindro rígido com volume de 0,1 L, contem água no ponto critico. Determine
a transferência de calor necessária para que a temperatura da água no cilindro
atinja 20ºC.
8) Um conjunto cilindro pistão contem 2Kg de água. Inicialmente a pressão e o
titulo da água são de 200 KPa e 25%. Transfere-se calor a água ate que sua
temperatura aumente 20ºC. Determine o trabalho realizado e o calor transferido
nesse processo.
Sólidos e líquidos 
9) Inicialmente um tanque de aço com massa de 25Kg se encontra a 10ºC. O tanque
é carregado com 100Kg de leite a 30ºC. Após uma operação de resfriamento, o
leite e o aço devem apresentar uma temperatura de 5ºC. Admitindo que as
propriedades do leite são iguais da água, determine a transferência de calor no
processo de resfriamento.
 
 
Entalpia 
10) Um conjunto cilindro pistão contém 2Kg de água liquida saturada a 150ºC. Qual 
a quantidade de calor que deve ser fornecida ao sistema para que água passe 
para vapor saturado, sendo a pressão mantida constante. 
 
Gases Ideais 
11) Um conjunto cilindro pistão inicialmente apresenta volume interno de 0,1m³ e 
contem ar a 600KPa e 290K. Sabendo que o ar realiza trabalho de 54KJ e que o 
conjunto opera a pressão constante, determine a temperatura do ar no estado 
final e o calor transferido no processo. 
 
Primeira lei em termos de Fluxo 
12) As reações químicas de cura do concreto liberam energia térmica de 
aproximadamente 2W/Kg. Considere uma amostra de concreto que esta sendo 
curada. Determine o aumento de temperatura na amostra após 1h do inicio do 
processo de cura. Admita que a amostra esta isolada do meio e que o calor 
especifico médio do concreto é 0,9 KJ/Kg.K. 
 
 
 
RESPOSTAS 
 
1- 
Dados 
𝑉𝑉𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 2,5𝑚𝑚3; 𝐿𝐿 − 𝑉𝑉 = 15𝑘𝑘𝑘𝑘; 𝑇𝑇 = 75°𝐶𝐶 
 
𝑣𝑣 =
𝑉𝑉
𝑚𝑚
→ 𝑣𝑣 =
2,5
15
= 0,166 𝑚𝑚3/𝑘𝑘𝑘𝑘 
 
Tabela: 
 
𝑇𝑇 − 185
190 − 185
=
0,166 − 0,17409
0,156554 − 0,17409
→ 0,2 T − 37 = 0,50752 → T =
0,50752 + 37
0,2
 
𝑇𝑇 = 187,53°𝐶𝐶 
 
2- 
Dados 
𝑇𝑇 = 60°𝐶𝐶; 𝑉𝑉𝑓𝑓 = 110% ; 𝑃𝑃𝑓𝑓 =? 
 
Tabela: 
 
𝑣𝑣𝑓𝑓 =
7,67071 × 110
100
= 8,437781 
𝑃𝑃𝑓𝑓 − 15,578
19,941 − 15,758
=
8,437781 − 9,56835
7,67071 − 9,56835 
→ 0,239𝑃𝑃𝑓𝑓 = 0,5957 + 3,734 
𝑃𝑃𝑓𝑓 =
0,5957 + 3,734
0,239
= 18,11 𝑘𝑘𝑃𝑃𝑘𝑘 
 
3- 
𝑃𝑃𝑓𝑓𝑉𝑉𝑉𝑉1+𝑉𝑉2 = 𝑁𝑁𝑁𝑁1+𝑁𝑁2 𝑅𝑅𝑇𝑇 
𝑁𝑁1 =
𝑃𝑃𝑉𝑉
𝑅𝑅𝑇𝑇
=
600 × 6,5
8,131451 × 293 
0,15436 
1𝑃𝑃𝑓𝑓 = 0,1848 × 8,131451 × 388 → 𝑃𝑃𝑓𝑓 = 583 𝑘𝑘𝑃𝑃𝑘𝑘 
 
4- 
Dados: 
𝑇𝑇𝑐𝑐 = 425,2 𝐾𝐾; 𝑃𝑃𝑐𝑐 = 3800 𝐾𝐾𝐾𝐾𝑘𝑘 
 
 
𝑇𝑇𝑟𝑟 =
300
425,2
= 0,705; 𝑍𝑍𝑖𝑖 = 0,02; 𝑍𝑍𝑣𝑣 = 0,9; 𝑃𝑃𝑣𝑣 = 0,1 
𝑃𝑃𝑉𝑉 = 𝑛𝑛𝑅𝑅𝑇𝑇; 𝑃𝑃 = 𝑃𝑃𝑡𝑡 × 𝑃𝑃𝑐𝑐 = 380 𝑘𝑘𝑃𝑃𝑘𝑘 
𝑉𝑉𝑖𝑖 =
𝑍𝑍𝑖𝑖𝑅𝑅𝑅𝑅
𝑃𝑃
=
0,02 × 0,14304 × 300 
380
= 0,00226 𝑚𝑚3/𝑘𝑘𝑘𝑘 
𝑉𝑉𝑣𝑣 =
𝑍𝑍𝑣𝑣𝑅𝑅𝑅𝑅
𝑃𝑃
=
0,9 × 0,14304 × 300 
380
= 0,1016 𝑚𝑚3/𝑘𝑘𝑘𝑘 
𝑉𝑉 = 𝑉𝑉i + 𝑥𝑥.(𝑉𝑉i − 𝑉𝑉𝑣𝑣) 
𝑣𝑣 = 0,00226 + 0,75(0,1016 − 0,00226) = 0,076765 𝑚𝑚3/𝑘𝑘𝑘𝑘 
𝑚𝑚 =
𝑉𝑉
𝑣𝑣
=
0,1
0,076765
= 1,303 𝑘𝑘𝑘𝑘 
 
 
5- 
 
 
𝑣𝑣 = 𝑣𝑣𝑙𝑙 − 𝑥𝑥𝑣𝑣𝑙𝑙𝑣𝑣 
𝑥𝑥 =
𝑣𝑣 + 𝑣𝑣𝑙𝑙
𝑣𝑣𝑙𝑙𝑣𝑣
=
0,16350 − 0,001060
0,8909
= 0,1823 𝑘𝑘𝑃𝑃𝑘𝑘 
 
6- 
𝜔𝜔𝑓𝑓 = 𝜔𝜔1 + 𝜔𝜔2 
𝑣𝑣𝑙𝑙 =
𝑣𝑣
𝑚𝑚
=
3
0,1
= 30 𝑚𝑚3/𝑘𝑘𝑘𝑘 
𝜔𝜔1=𝐾𝐾(𝑣𝑣𝑓𝑓−𝑣𝑣𝑣𝑣) 
𝐾𝐾 = 7,384; 𝑣𝑣𝑙𝑙 = 0,001008 
 
Tabela B.1.1: 
ω1 = 7,384(19,521892 − 30) = −77,3703 
 
V Especifico 50%: 
𝑣𝑣 = 0,001008 + 0,5(19,521892) = 9,761955m3/𝑘𝑘𝑘𝑘 
ω2 = 7,384(19,521892 − 30) = −72,067 
𝜔𝜔𝑓𝑓=𝜔𝜔1+𝜔𝜔2 
ωf = −77,3703 − 72,067 = −149,5 
 
 
7- 
𝛿𝛿𝛿𝛿 = 𝑑𝑑𝑑𝑑 + 𝑑𝑑𝑑𝑑𝐾𝐾𝑝𝑝𝑅𝑅𝑝𝑝𝑛𝑛𝑝𝑝𝑣𝑣𝑘𝑘𝑙𝑙 + 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝𝑣𝑣𝑛𝑛é𝑅𝑅𝑣𝑣𝑝𝑝𝑘𝑘 + 𝛿𝛿𝛿𝛿 ∴ 
 𝛿𝛿𝛿𝛿 = 𝑑𝑑𝑑𝑑 
𝑑𝑑𝑖𝑖 = 𝑢𝑢𝑙𝑙 + 𝑥𝑥𝑢𝑢𝑣𝑣 
𝑥𝑥 = 𝑣𝑣 − 𝑣𝑣𝑙𝑙/𝑣𝑣𝑙𝑙𝑣𝑣 
 
Volume = 0,003155: 
𝑥𝑥 =
0,003155 − 0,00100
206,131
= 1,4.10−4 
𝑑𝑑𝑖𝑖 = 0 + (1,4.10−4). (2375,33) = 0,352 
𝑥𝑥2 =
0,003155 − 0,001002
57,788
= 3,725.10−5 
𝑑𝑑𝑖𝑖 = 83,94 + (1,4.10−4). (2318,98) = 84,26 
δQ = 84,26 − 0,352 = 83,908 
 
8- 
𝐻𝐻𝑓𝑓 = 2870,46 
𝐻𝐻𝑖𝑖 − 2870,46
2970,86 − 2870,56 
=
220 − 200
250 − 200
→ 9,97.10−3𝐻𝐻𝑖𝑖 = 28,61 + 0,4 
𝐻𝐻𝑖𝑖 =
28,61 + 0,4
9,97.10−3
= 2909,7 
δQ = 2. (2909,72 − 2870,46) = 78,53 𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘� 
 
9- 
𝑝𝑝(𝑇𝑇𝑓𝑓 − 𝑇𝑇𝑖𝑖) 
Aço: 
0,12(278 − 283) = −0,6 
Água: 
1(278 − 293) = −15 
∴ −0,6 − 15 = −15,6 
10- 
𝛿𝛿𝛿𝛿=𝑚𝑚(𝐻𝐻𝑙𝑙𝑣𝑣) 
δQ = 2. (2114,26) = 4228,52 
 
11- 
Gases Ideais: 
𝑑𝑑𝑑𝑑=𝑚𝑚𝑥𝑥(𝑇𝑇𝑓𝑓−𝑇𝑇𝑣𝑣) 
𝑚𝑚 =
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑙𝑙. 𝑃𝑃𝑉𝑉
𝑅𝑅𝑇𝑇
→ 𝑚𝑚 =
29 × 600 × 0,1
8,31451 × 563
= 0,371 𝑘𝑘𝑘𝑘 
𝜔𝜔=𝐾𝐾(𝑉𝑉𝑓𝑓−𝑉𝑉𝑣𝑣) 
𝑉𝑉𝑓𝑓 =
54 + 60
600
= 0,19 𝑚𝑚3 
𝑇𝑇 =
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑙𝑙𝑃𝑃𝑉𝑉𝑓𝑓
𝑚𝑚𝑅𝑅
=
29 × 600 × 0,19
0,371 × 8,31451
= 1069 𝐾𝐾 
𝑑𝑑𝑑𝑑=𝑚𝑚𝑝𝑝(𝑇𝑇𝑓𝑓−𝑇𝑇𝑣𝑣) 
𝑑𝑑𝑑𝑑 = 0,3717 × 0,717. (1069 − 563) = 134,85 
𝛿𝛿 = 134,85 + 54 = 188,8 
 
12- 
𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝑝𝑝�𝑇𝑇𝑓𝑓 − 𝑇𝑇𝑖𝑖� → 2 = 0,9𝑇𝑇𝑓𝑓 → 𝑇𝑇𝑓𝑓 =
2
0,9
 
𝑇𝑇𝑓𝑓 = 2,2 °𝐶𝐶 
 
	APS 1 - Termo I - 2020
	APS01-TERMOCL