Lista de exercícios termodinâmica

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE REGIONAL DO CARIRI – URCA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO – DEPRO
DISCIPLINA: TERMODINÂMICA 	PERÍODO: 2015.1
PROF: xxxx
1ª LISTA DE EXERCÍCIOS
1. O tanque esférico mostrado na Figura 1 apresenta diâmetro igual a H=7,5m e é utilizado para armazenamento de fluidos. Determine a pressão no fundo do tanque considerando que:
a) O tanque contém gasolina líquida a 25°C e a pressão na superfície livre do líquido é de 101kPa.
b) O fluido armazenado no tanque é o refrigerante R-134a e a pressão na superfície livre do líquido é 1MPa.. 
Dados: gasolina=750 kg/m3; R134a=1206 kg/m3
2. Um cilindro de aço mostrado na Figura 3 apresenta área de secção transversal igual a 1,5 m2. Sabendo que a pressão na superfície livre da gasolina é de 101 kPa, determine a pressão na superfície inferior da camada de água.
Dado: gasolina=750 kg/m3
R. 113,26 kPa
3. Um gás confinado a p1 = 1 bar e ocupando o volume de 1 litro é comprimido dentro de um conjunto cilindro pistão até atingir uma pressão final de 4 bar. a) Se a relação entre a pressão e o volume durante a compressão for pV = constante, determine o volume, em litros, na pressão de 4 bar. Plotar também o processo global no gráfico pressão x volume. b) Se P=3bar, determine V para uma relação linear entre pressão e volume para os mesmos dois estados.
a) V2=1/4L; b) P = -4V+5; V2=1/2L
4. A figura mostra um tanque dentro de outro tanque, cada um contendo ar. O medidor de pressão do tanque A está localizado dentro do tanque B e acusa 1,4bar. O manômetro (tubo em U) é conectado ao tanque B e contém mercúrio. A partir dos dados indicados na figura, determine as pressões absolutas nos tanques A e B. A pressão atmosférica nas vizinhanças do tanque B vale 101,3 kPa e g = 9,8 m/s2.
PA =277,97kPa; PB=127,98kPa
5. Construir o diagrama T x v e determinar as propriedades que faltam (T,P,x ou v) para as seguintes substancias:
a) Água: 0,1432m3/kg, 2MPa; 
b) 3MPa, 0,01m3/kg 
c) Amônia: 8 ºC, 0,01m3/kg ; 
d) d) R134a: 30 ºC, 1017kPa
6. Determinar a fase e as propriedades que faltam (p,T,v,x) para os seguintes casos:
a) R134a, T=20 ºC, v=0,02600 m3/kg
b) Água: P = 0,2 MPa, x = 0,5
c) CO2, -30 ºC, v = 0,02603 m3/kg
d) Água, 5MPa, 80 ºC
 
7. Um tanque de estocagem (rígido) armazena metano a 120K e x=25%. O tanque aquece numa taxa de 50C por hora se o sistema de refrigeração falhar. Se ocorrer uma pane no sistema de refrigeração, quanto tempo se tem antes do metano torna-se uma fase simples? Qual sua pressão final se isto ocorrer? 								5h, 823,7kPa
8. Um tanque rígido (V=constante) armazena amônia saturada -30 ºC, x = 0,8. A temperatura da amônia aumentará numa taxa de 6 ºC/hora se o sistema de refrigeração falhar. Calcular o tempo decorrido entre a falha do sistema de refrigeração e o momento em que a amônia atinge a pressão de 200 kPa. 									 	 12,95 h
9. Considere como sistema uma massa de vapor d’água saturado que sempre está a 60ºC. Qual é a pressão necessária para que o volume específico desse vapor seja aumentado em 10% do volume específico do vapor saturado a esta temperatura? Mostre esta transformação em um diagrama Txv
10. Uma bomba de alimentação de caldeiras fornece 0,05m3/s de água a 20 ºC e 20MPa. Qual é a vazão em massa (kg/s)? Qual será o erro percentual se no cálculo forem utilizados as propriedades da água no estado de líquido saturado a 20ºC? Qual será o erro se forem utilizadas as propriedades da água no estado de líquido saturado a 20MPa?
11. Um tubo de vidro selado contém vapor de amônia a 10 ºC para realização de um certo experimento. Deseja-se saber a pressão nestas condições, mas não há como medir. No entanto, quando a temperatura chega a –10 ºC, observam-se gotículas de líquido na superfície do vidro. Qual é a pressão do gás de amônia quando a temperatura for 10 ºC?. 	 Resp.321,16 kPa
12. Um conjunto cilindro pistão sem atrito contém 5 kg de R134a a 100 kPa e 140 ºC. O sistema é resfriado a pressão constante até que o refrigerante apresente título igual a 25%. Calcule o trabalho realizado durante o processo.
13. A figura abaixo contém um arranjo cilindro pistão com ar confinado em sua câmara. Inicialmente o ar está a 150 kPa e 400ºC. O conjunto é então resfriado até 20ºC. Pergunta-se;
a) O pistão toca nos esbarros no estado final? Qual a pressão final do ar?
b) Qual o trabalho por unidade de massa realizado nesse processo, sabendo que A=70cm2 e d=50m?
14. Considere um processo onde a pressão é diretamente proporcional ao volume. O estado inicial é P =0 e V = 0 e o final P = 400 K e V = 0,002 m3. Determine o trabalho realizado nesse processo.
15. Um cilindro provido de um êmbolo contém inicialmente 200 litros de gás propano a 100 kPa e 300K. O gás é então lentamente comprimido segundo a relação PV1,3 = const. Até que atinja a temperatura final de 340K.
a) Qual a pressão final?
b) Qual o trabalho realizado nesse processo? 
16. Um arranjo cilindro pistão contém R410a. Quando o pistão está encostado nos esbarros o volume da câmara é de 11litros. No estado inicial a temperatura é de -30 °C, a pressão é de 150kPa e o volume da câmara é de 10L. O sistema é então aquecido até que a temperatura atinja 20°C, pergunta-se:
a) O pistão encosta nos esbarros no estado final?
b) Qual o trabalho realizado nesse processo?
	
17. Um conjunto cilindro pistão contém ar a 600 kPa, 290K e o volume ocupado pelo ar é 0,01m3. Um processo a pressão constante retira 54 kJ de trabalho. Determine o volume e a temperatura no estado final do nesse processo.
18. Um tanque rígido contendo um volume de 0,5m3 é colocado sob uma forno quente. Inicialmente o tanque contem um vapor d´água em estado de mistura com pressão de 1 bar e título de 0,5. Depois do aquecimento a pressão vai para 1,5 bar. Indique os estados inicial e final da mistura em um diagrama Tx v e determine:
a. A temperatura de cada estado do sistema, em 0C
b. A massa de vapor d´água em cada estado, em kg
c. Se o aquecimento continuar determine a pressão final do sistema, em bar, quando o tanque estiver totalmente preenchido com vapor saturado.
19. O tanque mostrado tem capacidade de 400L e contém gás argônio a 250kPa e 30°C. O cilindro contém um pistão que se movimenta sem atrito e sua massa é tal que se torna necessária uma pressão interna de 150 kPa para fazê-lo subir. Inicialmente, o pistão B está encostado na superfície inferior do cilindro. A válvula que liga os dois recipientes é então aberta e o argônio escoa para B e finalmente atinge um estado uniforme a 150kPa e 30°C. Calcule o trabalho realizado pelo argônio durante esse processo.
Resp. 40 kJ				
(BALANÇO DE ENERGIA EM SISTEMAS)
20. Um conjunto cilindro pistão aciona verticalmente para baixo, a partir do repouso, o martelo 	de massa de 25 kg de uma máquina de forja, até a velocidade de 50 m/s. Sabendo que o curso do martelo é igual a 1m, determine a variação de energia total do martelo. 			 Resp.31 kJ
21. Uma bola de aço de 5 kg rola num plano horizontal a 10 m/s. Se a bola inicia a subida de um plano inclinado, que altura será atingida quando a velocidade se anular? admita aceleração gravitacional padrão.
22. O macaco hidráulico de uma oficina levanta um automóvel de massa igual a 1750 kg. O curso do pistão é de 1,8 m e a pressão na secção de descarga da bomba hidráulica que aciona o macaco é constante e igual a 800 kPa. Determine o aumento de energia potencial do automóvel e o volume de óleo que foi bombeado para o conjunto cilindro - pistão. 		 Resp. 30,89kJ; 0,0386 m3
23. Um porta aviões utiliza uma catapulta movida a vapor d´água para ajudar a decolagem de aviões. A catapulta pode ser modelada como um conjunto cilindro-pistão que apresenta pressão média durante a operação igual a 1250 kPa. Um avião, com massa de 17500 kg, deve ser acelerado do repouso até 30 m/s. Determine o volume interno do conjunto cilindro-pistão necessário sabendo que a catapulta fornece 30% da energia necessária para a decolagem. 						 1,89 m3
24. Um chip desilicone medindo 5 mm de lado e 1mm de espessura é moldado em um substrato de cerâmica, como mostrado. No estado estacionário (as propriedades não mudam com o tempo), o chip tem uma potência elétrica de entrada de 0,255W. A superfície superior do chip é exposta a um fluido refrigerante onde a temperatura é de 200C. O coeficiente de transferência de calor por convecção entre o chip e o fluido é de 150 W/m2.K. Se a transferência de calor por condução entre o chip e o substrato for desprezível, determine a temperatura da superfície de chip. 	 					 		 Resp. 88 0C
25. Dois tanques são conectados por válvula. Um deles contém 2 kg de ar a 72 °C e 0,7 bar. O outro tanque contém 8 kg do mesmo gás a 250C e 1,2 bar.A válvula é aberta e o gás se mistura enquanto recebe calor das fronteiras. A temperatura de equilíbrio é 420C. Usando o modelo de gás ideal, determine. a) A pressão final do sistema b) A transferência de calor para o processo, em kJ. 		 								 Resp. 1,05 bar; +37,25 kJ
26. Identifique a fase e determine as propriedades que faltam (x,v,u)
a) água: 5bar; 151,9 0C	b) água: 5bar; 2000C c) água: 200 0C; 2,5 MPa
d) Amônia: 50 0C; 0,08506 m3/kg; e) R-134a: 20 0C; u= 350 kJ/kg
27. Uma mistura de vapor d´água está inicialmente na pressão de 30 bar. Se um aquecimento a volume constante permite o vapor atingir o ponto crítico, determine o título no estado inicial.
28. Um tanque rígido fechado, contém 3 kg de vapor d´água saturado a 140 0C. Transferência de calor ocorre, e a pressão cai para 200 kPa. Energia cinética e potencial são desprezadas. Para a água como sistema, determine a quantidade de calor transferido, em kJ.
29. Água líquida saturada contida em um tanque rígido, fechado é resfriada para um estado final onde a temperatura é 500C e as massas de líquido e vapor saturados são 1999,7 kg e 0,03 kg, respectivamente. Para o refrigerante, determine o trabalho e a transferência de calor por unidade de massa, cada em kJ/kg. desprezar mudanças nas energias cinética e potencial