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Termodinâmica exercício resolvido

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TERMODINÂMICA I – REVISÃO P1
1. A combustão em um motor a gasolina pode ser estudada como um processo de
adição de calor a volume constante. Tanto a mistura de ar e combustível
existente no cilindro antes da combustão como os gases resultantes desta
podem ser considerados simplesmente como ar, com comportamento de gás
ideal. No motor a gasolina, as condições do cilindro são de 1,4MPa e 450⁰C
antes da combustão e 1600⁰C após esta.
Com base nessas informações e com os ados: R do ar = 0,287 kPa.m³/kg.K, pode-se
afirmar que o volume específico do “ar”, em m³/kg, no interior do cilindro e a pressão,
em kPa, no final do processo de combustão, são, respectivamente:
a. 0,09225m³/kg e 3626,83 kPa
b. 0,14822 m³/kg e 4977,78 kPa
c. 0,09225 m³/kg e 4977,78 kPa
d. 0,14822 m³/kg e 3626,83 kPa
e. 148,22 m³/kg e 31,51 kPa
Volume específico do ar = v= R . T/P = 0,287 kJ/kgK . 1873K/3627kPa = 0,14822m³/kg
2. Um conjunto cilindro-pistão contém, inicialmente, 0,1 m3 de um gás a 1MPa e
500°C. O gás é expandido isotermicamente até a pressão atingir 100kPa.
Considerando o ar como gás ideal, o trabalho envolvido neste processo será:
a. 230,26 kJ
b. 230,26 J
c. – 230,26 kJ
d. 230,26 W
e. 230,26 Kw
3. Uma certa quantidade de etano a 10 MPa e 200°C é aquecida a pressão
constante até que seu volume aumenta 45%. Considerando que o etano nessa
condição se comporta como gás ideal e tem R = 0,2765kJ/kgK ou 0,2765kPa.
m³/kgK, determine a temperatura final do sistema.
a. 212,85°C
b. 290K
c. 90°C
d. 685,85K
e. 563K
4. Considere um conjunto pistão-cilindro contendo 8 kg de vapor d’água. No
estado 1, o vapor tem energia interna de 2832,8 kJ/kg e, posteriormente, sofre
uma expansão para um estado 2, com energia interna de 2758,2 kJ/kg. Durante
o processo, o vapor recebe 100 kJ de energia na forma de calor. Considere
desprezível a variação das energias cinética e potencial. Assinale a alternativa
que traz o trabalho realizado pelo vapor sobre o pistão.
a. 696,9 kJ
b. 496,8 kJ
c. 25,4 kJ
d. 174,6 kJ
e. -469,8 kJ
1ª Lei da Termodinâmica => ∆U = 1Q2 – 1W2 =>
1W2 = 1Q2 - ∆U = 1Q2 - m(∆u) = 100kJ – 8kg (2758,2
– 2832,8)kJ/kg = 696,8 kJ
5. Conforme mostrado na figura a seguir, 5kg de vapor d’água contidos dentro de
um conjunto cilindro-pistão sofrem uma expansão de um estado 1, onde a
energia interna específica é u1=2709,9kJ/kg, até um estado 2, onde
u2=2659,6kJ/kg. Durante o processo, há transferência de calor para o vapor
d’água com uma magnitude de 80kJ. Também um agitador transfere energia para
o vapor d’água através de trabalho numa quantidade de 18,5kJ. Não há variação
significativa na energia cinética ou potencial do vapor. Determine a energia
transferida por trabalho do vapor para o pistão durante o processo, em kJ.
Resposta: Wpistão=+350kJ
6. Um motor a gasolina tem em seu cilindro-pistão 1 kg de ar a 4MPa e 1527°C,
após a combustão. O ar é expandido em um processo politrópico (PVn = cte)
com n = 1,5 até um volume 10 vezes maior. Determine o trabalho de expansão
sabendo que o R do ar é igual a 0,287kJ/kg.K = 0,287 kPa. m³/kg K.
a. – 706,4 kJ
b. 172,86 kJ
c. 706,4 kJ
d. -172,86 kJ
e. 0,1729 kJ
7. Um conjunto cilindro-pistão sem atrito contém 5 kg de vapor do refrigerante
R-134a que está a 1MPa e 140⁰C (vapor superaquecido). O sistema é
resfriado a pressão constante até que o refrigerante apresente título igual a
25%. Calcule o trabalho realizado pelo fluido no processo.
Os valores das propriedades devem ser retirados das Tabelas
Termodinâmica para o R-134a.
Lembrar que: v = (1-x)vl + xvv é o mesmo que v= vl + x (vv – vl)
8. Considere que 10 kg de água está dentro de um recipiente cilíndrico com
pistão na temperatura de 215⁰C e título de 30%. Calor é transferido ao
sistema, a pressão constante, até que a condição de vapor saturado seco
seja alcançada. Com base nessas informações, e sabendo que as variações
de energias cinéticas e potencial podem ser desprezadas, pede-se:
a. Qual é a pressão inicial do sistema?
b. Determine o trabalho produzido neste processo.
c. Calcule a variação de energia interna do sistema.
d. Determine o calor trocado no processo, sabendo que as variações de
energias cinética e potencial podem ser desprezadas.
9. Em alguns processos industriais é importante se definir a mudança de fase do
fluido de trabalho. Assim sendo, suponha que em uma determinada indústria
existe um tanque de 4 L que contém 2 kg de mistura de água líquida e vapor
saturado a 50°C. Em seguida a água é aquecida lentamente até que se tenha
somente uma única fase.
Sabendo que o volume específico crítico da água é 0,003106m³/kg, determine se no
estado final a única fase será de líquido ou de vapor. Repita o processo, dessa vez para
um tanque de 400L. Qual será a única fase final?
10. A pressão do pneu de um automóvel depende da temperatura do ar dentro do
pneu. Quando a temperatura do ar é de 25°C o manômetro indica 210 kPa
(pressão manométrica). Considerando que o volume do pneu é de 0,025 m³,
determine o aumento da pressão do pneu quando a temperatura subir para
50°C. Determine também a quantidade de ar que deve ser retirada para
restaurar a pressão ao seu valor original para manter essa temperatura (50°C).
Considerar a pressão atmosférica igual a 100 kPa e lembrar que sempre
trabalhamos com pressões absolutas (Pabs = Pman + Patm).
(Resp. ΔP = 26 kPa; Δm = 0,0070 kg)
BOM TRABALHO!!!

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