324620-Exercícios_capítulo_1

Prévia do material em texto

Termodinâmica - Exercícios capítulo 1 
 
1) Um gerador eólico turboelétrico é montado no topo de uma torre. A eletricidade 
é gerada à medida que o vento incide constantemente através da turbina. A 
saída elétrica do gerador alimenta uma bateria. a) Considerando apenas o 
gerador eólico turboelétrico como sistema, identifique as posições nas 
fronteiras do sistema onde o sistema interage com as vizinhanças. Descreva as 
mudanças que ocorrem no sistema com o tempo. b) Repita a análise para um 
sistema que inclui somente a bateria. Resposta sem cálculos já resolvido. 
 
Considerações: 
1 – na parte (a), o sistema é o volume de controle indicado pela linha tracejada na 
figura. 
2- na parte (b), o sistema é o sistema fechado pela linha tracejada na figura. 
3- A velocidade do vento é constante. 
 
(a) A turbina eólica é estudada como um volume de controle, com fluxo de ar 
através da fronteira. Outra interação principal entre o sistema e as vizinhanças é 
a corrente elétrica que passa pelos fios, entretanto sob ponto de vista 
macroscópico esta interação não é considerada transferência de massa. Com um 
vento uniforme, o turbo-gerador possivelmente atingirá um regime permanente 
de operação, em que a velocidade de rotação das pás é constante e é gerada uma 
corrente elétrica constante. 
(b) A bateria é estudada como um sistema fechado. A principal interação entre o 
sistema e suas vizinhanças é a corrente elétrica que passa pela bateria através da 
fiação. Esta interação não é considerada uma transferência de massa. A medida 
que a bateria é carregada e ocorrem reações químicas em seu interior, a 
temperatura da superfície da bateria pode se tornar um pouco elevada, e uma 
interação térmica entre a bateria e suas vizinhanças pode ocorrer. Esta interação 
possui uma importância secundária. Conforme a bateria é carregada, seu estado 
muda com o tempo, e a mesma não estará em regime permanente. 
 
2) Um objeto pesa 25 kN em um local onde a aceleração da gravidade é 9,8 m/s
2
. 
Determine a sua massa em kg. 
R: 2551 kg 
3) Um astronauta que possui massa de 100 kg no planeta terra vai para a lua. Na 
lua a aceleração da gravidade na superfície é de 1,67 m/s
2
, determine (a) seu 
peso na lua e (b) seu peso na terra (aceleração da gravidade de 9,8 m/s
2
). (c) 
Qual será a sua massa na lua? 
R: (a) 167 N (b) 980 N (c) a mesma da terra 
 
4) Os pesos moleculares das substâncias abaixo são fornecidos no exercício 
(obtidas da tabela A1 do livro texto) para que se determine a massa, em kg, de 
10 kmol de cada substância: ar, H2O e SO2. 
M(ar)= 28,97 kg/kmol, M (H2O)= 18,02 kg/kmol, M(SO2)= 64,06 kg/kmol. 
R: m(ar) 298,7 kg; m(H2O) 180,2 kg; m(SO2) 640,6 kg 
 
5) A aceleração da gravidade, em m/s
2
, varia com a altura z, em metros e acima do 
nível do mar, é dada por g= 9,81-(3,3x10
-6
)z. Determine A variação do 
percentual do peso de um avião quando este está a 10 km de altitude e se dirige a 
uma pista no nível do mar. 
R: 0,34 % 
 
6) Um sistema fechado que consiste em 0,5 kmol de amônia ocupa um volume de 
6m
3
. Determine: (a) o peso do sistema, em N, (b) o volume específico, em 
m
3
/kg. Considere g= 9,81m/s
2
. M (NH3)= 17,03 kg/kmol. 
R: (a) 83,53 N (b) 0,70 kg/m
3
 
 
7) Um sistema fechado que consiste em 5 kg de um gás sofre um processo durante 
a qual a relação entre a pressão e o volume específico é dada por 
pv
1/3
=constante. O processo se inicia com p1= 1 bar, v1= 0,2 m
3
/kg e termina 
com p2= 0,25 bar. Determine o volume final em m
3
. 
R: 64 m
3 
 
8) Um barômetro contém mercúrio (= 13,59 g/cm
3
). Se a pressão atmosférica 
local é de 100 kPa e g= 9,81m/s
2
, determine a altura da coluna de mercúrio, L 
em metros. 
 
 
R: 0,75 m 
 
 
 
9) Para converter graus Célsius em Fahrenheit pode-se usar o seguinte raciocínio: 
(C- 0) / (100 – 0) = (F – 32) / (212 – 32) 
Onde na escala Célsius a temperatura de fusão da água é de 0°C e a temperatura 
de ebulição é de 100°C. 
Na escala Fahrenheit a temperatura de fusão da água é de 32°F e a temperatura 
de ebulição é de 212°F. 
Logo fazendo as simplificações chega-se a: °F = 1,8. °C + 32. 
 
Sabendo que na escala Rankine a temperatura de ebulição da água é de 671,67°R 
e a temperatura de fusão da água é de 491,67°R, monte a relação entre °F e °R. 
 
10) A temperatura de uma peça é de 150°C, expresse esta temperatura em K, °F e 
°R. 
R: T(K) = 423,15 ; T(ºF)= 302 ; T(ºR)= 761,67 
 
 
Fórmulas 
 
 
 
 
 
 
 
patm = pvapor + m.g.L 
 
p(manométrica) = p(absoluta) – patm(absoluta) 
 
p(vácuo) = patm(absoluta) – p(absoluta) 
 
massa específica 
massa em um certo volume 
volume específico 
pressão 
pressão de um gás (manômetro) 
pressão atmosférica (barômetro)