Lista 01 Propriedades de uma Substância Pura

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Centro Universitário de Belo Horizonte 
 
INSTITUTO DE ENGENHARIA E TENOLOGIA – IET 
Curso: 
Engenharia Química 
 
Disciplina: Termodinâmica Clássica 
 
Professor: Rabigdonataro Rodrigues Costa Lista de Exercícios 01 
 
Aluno: Assunto: Propriedades de uma Substância Pura 
 
1) Complete a tabela seguinte para a água: 
P (kPa) T (°C) v (m³/kg) x Estado 
 500 20 
 500 0,2 
 1400 200 
 300 0,8 
 
2) A figura mostra um conjunto cilindro-pistão 
sobre o qual se exerce a força decorrente da pressão 
atmosférica e a força proveniente de uma mola 
linear. Inicialmente o conjunto contém 0,1 m³ de 
água a 5 MPa e 400°C. Se o pistão está encostado 
no fundo do cilindro, a mola exerce uma força tal 
que é necessária uma pressão d 200 kPa para 
movimentar o pistão. O sistema é então resfriado 
até que a pressão atinja 1200 kPa. Calcule: 
a) a massa de água contida no conjunto.R = 1,73 kg 
b) a temperatura no estado final. R = 188°C 
c) o volume no estado final. R = 0,01204 m³ / kg 
d) Mostre o diagrama no processo P – v. 
 
 
3) Considere os dois tanques A e B conectados com 
uma tubulação com válvula. A capacidade de cada 
tanque é de 200 L e o tanque A contém R-410a a 
25°C, sendo 10% de líquido e 90% de vapor, em 
volume, enquanto o tanque B está evacuado. 
A válvula que liga os tanques é então aberta e vapor 
saturado sai de A até que a pressão em B se torne 
igual a pressão em A. Nesse instante a válvula é 
fechada. Esse processo ocorre lentamente, de modo 
que todas as temperaturas permanecem constantes e 
iguais a 25°C durante o processo. Determine a 
variação de título que ocorre no tanque A durante o 
processo. R = 0,283 
 
 
4) Um conjunto cilindro pistão com mola contém 
água a 500°C e 3 MPa. A pressão está relacionada 
com o volume interno do conjunto por meio da 
relação P = CV . A água é então resfriada até que se 
atinja o estado de vapor saturado. Esboce o 
processo em um diagrama P – v e calcule a pressão 
no final do processo. R = 2270 kPa 
 
5) Incialmente o conjunto cilindro-pistão mostrado 
na figura abaixo contém 1 L de água a 105°C e com 
título igual a 85%. O conjunto é aquecido e o pistão 
se movimenta e encontra uma mola linear. O 
volume interno do conjunto é 1,5 L nesse instante. 
O aquecimento continua até que a pressão atinja 
200 kPa. Sabendo que o diâmetro do pistão é 
150 mm e que a constante de mola é 100 N/mm, 
qual a temperatura da água no final do processo? 
 R = 641°C 
 
6) Um conjunto cilindro-pistão contém amônia. A 
força externa que atua sobre o pistão é proporcional 
ao volume confiando elevado ao quadrado. 
Inicialmente o volume da câmara é de 5 L, a 
temperatura é de 10°C e o título igual a 90%. Uma 
válvula no cilindro é aberta e amônia escoa para 
dentro da câmara até que a massa contida no 
conjunto se torne igual ao dobro da inicial. 
Sabendo-se que a nova pressão na câmara é igual 
1,2 MPa, qual a temperatura no final do processo? 
R = 70,9°C 
 
 
7) Determine a pressão do R-134a superaquecido a 
13°C e v = 0,3 m³ / kg. R = 84,5 kPa 
 
8) Um arranjo cilindro-pistão contém 0, 85 kg de 
refrigerante R-134a a – 10°C. O pistão que está 
livre para se movimentar, possui uma massa de 12 
kg e um diâmetro de 25 cm. A pressão atmosférica 
local é de 88 kPa. Calor é transferido para o 
refrigerante R-134a até que atinja uma temperatura 
de 15°C. Determine: 
a) a pressão final. 
b) a variação do volume do cilindro. 
c) Mostre o processo em um diagrama P – v 
incluindo as linhas de saturação. 
 
 
9) Um arranjo cilindro-pistão contém 0,1 m³ de 
água líquida e 0,9 m³ de vapor de água em 
equilíbrio a 800 kPa. Calor é transferido a pressão 
constante até que a temperatura atinja 350° C. 
a) Qual a temperatura inicial da água? 
b) Determine a massa total da água. 
c) Calcule o volume final. 
d) Mostre o processo em um diagrama P – v 
incluindo as linhas de saturação. 
 
 
10) Um arranjo cilindro-pistão contém inicialmente 
vapor de água a 3,5 MPa com superaquecimento de 
5°C. Em seguida, o vapor de água perde calor para 
a vizinhança e o pistão desce, atingindo um 
conjunto de batentes. Nesse ponto o cilindro contém 
água líquida saturada. O resfriamento continua até 
que o cilindro contenha água a 200°C. Determine: 
a) a temperatura inicial. R = 247,6 °C 
b) a pressão final. R = 1555 kPa 
c) o título, caso seja mistura. R = 0,0006 
d) Mostre o processo em um diagrama P – v 
incluindo as linhas de saturação. 
 
 
 
 
 Gás Ideal: 
11) Um tanque rígido com volume de 1 m³ contém 
propano a 100 kPa e 300 K e está conectado, por 
meio de uma tubulação com válvula, o outro tanque 
com volume de 0,5 m³, que contém propano a 
250 kPa e 400 K. A válvula é aberta e espera-se até 
que a pressão se torne uniforme a 325 K. Determine 
a pressão no final desse processo. R = 139,9 kPa 
 
 
12) Um tanque rígido com volume interno de 1 m³ 
contém ar a 1 MPa e 400 K. o tanque está conectado 
a uma linha de ar comprimido conforme figura 
abaixo. A válvula é então aberta e o ar escoa para o 
tanque até que a pressão no tanque atinja 5 MPa, 
quando então a válvula é fechada e a temperatura do 
ar no tanque é 450 K. 
a) Qual a massa de ar antes e depois do processo? 
Antes = 8,711 kg Depois = 38,715 kg 
b) Quando o tanque for resfriado até a temperatura 
ambiente de 300 K, qual será a pressão no seu 
interior? R = 3,33 kPa 
 
 
13) Um cilindro possui um pesado pistão 
inicialmente contido por um pino como mostra a 
figura abaixo. O conjunto cilindro contém dióxido 
de carbono a 200 kPa e à temperatura ambiente, 
290 K. O material do pistão tem massa específica 
igual a 8000 kg/m³ e a pressão ambiente é igual a 
101 kPa. O pino então é removido e espera-se que a 
temperatura no gás atinja a temperatura no 
 
ambiente. Qual a nova posição do pistão? 
R = 133 kPa 
O pistão encosta nos esbarros? R = sim 
 
 
14) O manômetro de um tanque de oxigênio de 
2,5 m³ indica 500 kPa. Determine a quantidade de 
oxigênio no tanque se a temperatura for de 28°C e a 
pressão atmosférica for de 97 kPa. 
 R = 19,08 kg 
 
15) Um tanque de 1 m³ contendo ar a 25°C e 500 
kPa está conectado por meio de uma válvula a um 
outro tanque contendo 5 kg de ar a 35°C e 200 kPa . 
A válvula é aberta, e todo sistema atinge equilíbrio 
térmico com a vizinhança, que está a 20°C. 
Determine o volume do segundo tanque e a pressão 
de equilíbrio final do ar. 
 
16) Um tanque rígido contém um gás ideal a 
300 kPa e 600 K. Em seguida, metade do gás é 
retirado do tanque e ao final do processo o gás 
encontra-se a 100 kPa. Determine: 
a) a temperatura final do gás. R = 400 K 
b) a pressão final se nenhuma massa tivesse sido 
retirada do tanque e a mesma temperatura final do 
tanque tivesse sido atingida ao final do processo. 
R = 200 kPa 
 
 
17) Um tanque rígido de 0,5 m³ contém hidrogênio 
a 20°C e 600 kPa está conectado por meio de uma 
válvula a outro tanque rígido de 0,5 m³ que contém 
hidrogênio a 30°C e 150 kPa. A válvula é aberta e o 
sistema tinge um equilíbrio térmico com a 
vizinhança que está a 15°C. Determine a pressão 
final do tanque. R = 365,8 kPa