Primeira lista de exercícios 2024

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO 
Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos 
Departamento de Engenharia de Alimentos 
 
 
1a Lista de Exercícios – ZEA0466 TERMODINÂMICA 
Profa. Alessandra Lopes de Oliveira 
 
 
1. Água a 120°C e título de 25% tem é aquecida em 20°C com volume constante. Qual o volume 
específico e a pressão na nova temperatura? R: x=0,4385; P=361.3 kPa 
 
2. Gelo seco é o nome dado ao dióxido de carbono sólido. De acordo com o diagrama abaixo, 
explique como é possível que o gelo seco passe diretamente do estado sólido para o estado 
gasoso. 
 
 
 
3. Diga em qual estado estão as substancias abaixo. 
a. Água T= 267°C P=0,5MPa 
b. Água T= 20°C P= 200kPa 
c. NH3 T= 170°C P= 600kPa 
 
4. Dois tanques estão conectados conforme a figura. O tanque A contém água a 200 kPa, v= 
0,5m3/kg, VA= 1m3 e o tanque B contém 3,5kg de água a 0,5MPa e 400°C. A válvula é aberta e 
os tanques chegam ao equilíbrio. Encontre o volume específico final. R: v=0,5746m3/kg 
 
 
 
5. Qual a massa de ar necessária para encher um balão com 10m de diâmetro, com temperatura 
de 15°C e pressão igual a 100kPa? E qual seria a massa se o balão fosse cheio com Hélio? R: 
mar=633,45kg; mHe= 87,5kg 
 
6. Um copo é limpo em água a 45 °C e colocado na mesa com a boca para baixo. O ar preso no 
vidro é aquecido até 40°C e a pressão resultante no interior do copo é de 103 kPa. Agora, o 
vidro e o ar dentro esfriam até a temperatura de 20°C. Qual é a nova pressão dentro do copo? 
R: 96,4kPa 
 
 
 
7. Encontre as propriedades que faltam e defina a fase da amônia (NH3) 
a. T= 65°C, P= 600 kPa u, v 
b. T= 20°C, P= 100 kPa u, v e x 
c. T= 50°C, v= 0,1185m3/kg u, P e x 
 
8. Amônia a 0°C e título de 60% está confinada em um tanque rígido de 200L. O tanque é 
aquecido até a pressão de 1 MPa. Determine a transferência de calor para esse processo. R: 
720,75kJ 
 
9. Um recipiente rígido tem dois compartimentos cheios de água com 1 m3 cada separados por 
uma parede. O compartimento A tem P = 200 kPa com um título de x = 0,80. O compartimento 
B tem P = 2 MPa e T = 400 ° C. A parede divisória é removida e a água chega a um estado 
uniforme, que depois de um tempo devido à transferência de calor tem uma temperatura de 
200 ° C. Encontre a pressão final e a transferência de calor no processo. R: P= 842kPa; Q= -
1381kJ 
 
10. Uma chaleira de aço de 1 kg contém 1 kg de água, ambos a 15°C. O sistema é então aquecido 
até a temperatura de fusão da água. Encontre a quantidade de energia do processo de 
aquecimento. Desconsidere o vapor liberado no processo. R: Q= 396.73 kJ 
 
11. Um cilindro isolado é dividido em duas partes de 1 m3 cada um por um pistão inicialmente 
travado, como mostrado na figura. O lado A tem ar a 200 kPa, 300 K e o lado B tem ar a 1,0 
MPa, 1000 K. O pistão agora é liberado para que ele possa se mover, e conduz o calor para que 
o ar atinja uma temperatura uniforme TA = TB . Encontre a massa em A e B, e a temperatra e 
pressão final do sistema. R; mA= 2,323 kg, mB= 3,484 kg, T2= 736 K, P= 613kPa 
 
 
 
12. Água líquida a 15°C flui através de um bocal com 15 m de altura. Qual a velocidade de saída 
do líquido? R: 17,15 m/s2 
 
13. Em um trocador de calor de correntes paralelas 1 kg de ar a 500 K flui em um canal e 2 kg de 
ar flui no canal vizinho, a 300K. Se o trocador de calor for suficientemente longo para ocorrer 
o equilíbrio, calcule a temperatura de saída do fluido. R: 367K 
 
 
 
 
 
14. Vapor a 3 MPa e 400°C entra em uma turbina com vazão de entrada de 5 m3/s. 15% da massa 
de entrada escapa por um duto lateral a turbina com 600 kPa de pressão e 200°C. O restante 
da massa sai pelo duto principal da turbina a 20kPa, título de 90% e velocidade de 20m/s. 
Determine a vazão do duto lateral à turbina e o diâmetro do duto principal. R: vazão= 
2,658m3/s; D=4.33 m 
 
15. Um ventilador com diâmetro de 0,75m pega ar a 98 kPA, 22°C e o expele a 105 kPa, 23 °C com 
velocidade de 1,5 m/s. Qual o fluxo mássico, a velocidade de entrada e o fluxo volumétrico de 
saída? R: m= 0,819kg/s; Vazão=0,6627m3/s; Ve=1,6m/s. 
 
16. Um bico injetor recebe 0,1kg/s de vapor a 1 MPa, 400°C. A saída está a 500 kPa, 350°C. 
Considerando o processo como adiabático e velocidade de entrada desprezível, encontre a 
velocidade de saída e a área de saída do bocal. R: v= 438.7 m/s; A=1.3 cm2 
 
17. Água líquida a 180°C e 2000 kPa é estrangulada para uma câmara de evaporação instantânea. 
Com pressão de 500 kPa. Qual a fração de líquido e de vapor na câmara? R:%V=5,86%; 
%L=94,1% 
 
 
18. Uma turbina recebe 100 kg/s de água a 15 MPa e 600°C. Na metade da seção, 20 kg/s são 
retirados a 2 MPa e 350°C e o restante do fluxo sai pela turbina a 75kPa e título de 95%. 
Assumindo que não há troca de calor nem variação da energia cinética, encontre o trabalho 
da turbina. R: 91,565MW 
 
 
19. Um motor de expansão tem dois fluxos de entrada de água de baixa velocidade. 2,0 kg/s de 
vapor de alta pressão entra no ponto 1 com 2 MPa e 500°C. Água de arrefecimento a 120 kPa 
e 30°C entra no ponto 2. O fluxo de saída único no ponto 3 está a 150kPa e 80% de título e 
 
 
escoa por um duto de 0,15 m de diâmetro. Há uma perda de calor de 300 kW. Calcule a 
velocidade de saída e o trabalho do motor. R: v= 131,2 m/s; W=1056 kW. 
 
 
 
20. Um tanque inicialmente vazia é cheio com água proveniente de uma linha a 0,8MPa e 350°C. 
Assuma que não há transferência de calor e que o tanque é fechado quando a pressão interna 
atinge a pressão da linha. Se a massa final é 0,75 kg, encontre a temperatura e o volume do 
tanque. R: T= 520°C; V= 0,342 m3 
 
 
 
21. Três correntes de ar todas a 200kPa são conectadas a um duto com fluxo de saída único sem 
transferência externa de calor. A corrente 1 com vazão de 1 kg/s de ar a 400 K, a corrente 2 
com 3 kg/s de ar a 290 K e a corrente 3 com 2 kg/s e 700 K. Encontre a vazão de saída do 
sistema. (desconsidere a energia cinética), R: V= 3.853 m3/s. 
 
22. Um trocador de calor em contra corrente troca calor entre o ar ambiente fresco a 10°C e um 
gás de combustão a 100°C, ambos a 1kg/s e a diferença de temperatura entre os fluxos em 
qualquer ponto é 50°C. Qual a temperatura de entrada do ar após a troca de calor? Calcule o 
coeficiente de transferência de calor se a área da interface de troca é de 2m2. R: T= 50°C; h= 
400 W/m2K. 
 
 
 
23. Um fluxo de ar a 1000 K, 100 kPa e com 0,5 kg/s flui em um forno sobre uma chapa de aço com 
temperatura da superfície de 400 K. O fluxo é tal que o coeficiente de transferência de calor 
por convecção é h = 125 W/m2 K. Qual a área da superfície pelo a qual o ar deve passar para 
sair com uma temperatura de 800 K? E com 600 K? 
Transferência de calor por convecção neste caso: Q=hAT