Lista 02 Trabalho e Processo Politrópico

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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 02 
 
Aluno: Assunto: Trabalho e Processo Politrópico 
 
1) Um dispositivo cilindro-pistão contém 0,2 kg de vapor 
d’água saturado a 400 kPa . O sistema é resfriado a 
pressão constante até que o volume ocupado pela água 
reduza a metade do original. Determine o trabalho 
realizado no processo. R = - 18,5 kJ 
 
2) Um conjunto cilindro-pistão sem atrito contém 5, 0 
kg de vapor superaquecido de refrigerante R-134a a 
1000 kPa e 140°C. O sistema é resfriado a pressão 
constante até que o refrigerante apresente título igual a 
25%. Calcule o trabalho realizado durante o processo. 
R = - 128,7 kJ 
 
3) O conjunto cilindro-pistão mostrado na figura abaixo 
contém 1 kg de água a 20°C e 300 kPa. A mola é linear, 
de modo que quando a água é aquecida, a pressão na 
água atinge 3 MPa e o volume interno é de 0,1 m³. 
Determine: 
a) a temperatura final da água. R = 404°C 
b) o trabalho realizado pela água. R = 163,35 kJ 
c) Mostre o processo em um diagrama P – v. 
 
 
4) Considere um arranjo cilindro-pistão que contém 
inicialmente 0,5 kg de vapor saturado de R-134a a 
– 10°C. O refrigerante é então comprimido até 
500 kPa em um processo politrópico com n = 1,5. 
Determine: 
a) volume no estado final. R = 0,05416 m³/kg 
b) a temperatura no estado final. R = 79°C 
c) o trabalho realizado no processo. R = - 7,07 kJ 
 
5) Um conjunto cilindro-pistão contém água a 500°C e 3 
MPa. A água é resfriada até atingir 200°C e 1 MPa. 
Determine: 
a) o expoente politrópico. R = 1,920 
b) o trabalho realizado durante esse processo. 
R = 155,2 kJ/ kg 
 
 
6) Um conjunto cilindro-pistão com uma mola contém 
1 kg de água a 500°C e 3 MPa. O conjunto é construído 
de tal forma que a pressão é proporcional ao volume: P 
= CV. Calor é retirado até a água se tornar vapor 
saturado. Determine: 
a) o trabalho durante o processo. R = - 74,5 kJ 
b) o processo em um diagrama P – v. 
 
7) A figura mostra um conjunto cilindro-pistão que 
contém refrigerante R-410a. Quando o pistão está 
encostado nos esbarros, o volume da câmara é igual a 1 
L. No estado inicial a temperatura é de – 30°C,a pressão 
é 150 kPa e o volume da câmara é iguala 10 L. O 
sistema da câmara é aquecido até que a temperatura 
atinja 15°C. Pergunta-se: 
a) o pistão está encostado nos esbarros no estado final? 
b) qual o trabalho realizado nesse processo? R = 0,15 kJ 
 
 
8) Considere um arranjo cilindro-pistão que contém 1 kg 
de água líquida inicialmente a 300 kPa e 20°C. O pistão 
não está encostado nos esbarros. A água é então 
aquecida até que a pressão atinja 600 kPa. O volume 
interno máximo do conjunto é de 0,002 m³. 
Determine: 
a) o trabalho realizado no final do processo. R = 0,30 kJ 
b) o volume da água no estado final. R = 0,002 m³ 
 
9) Um conjunto cilindro-pistão contém 50 kg de água a 
200 kPa com um volume de 0,1 m³. Esbarros no cilindro 
restringem o volume a 0,5 m³. A água é aquecida até 
200°C. Determine: 
a) o trabalho realizado no processo. R = 80 kJ 
b) a pressão no estado final. R = 1.554 MPa 
c) a temperatura no estado final. R = 0,5 m³ 
 
10) O conjunto cilindro-pistão mostrado na figura 
abaixo contém 1 kg de refrigerante R-134a, no estado 
inicial a 110°C e 600 kPa. Transfere-se calor do 
refrigerante até que o mesmo atinja o estado de vapor 
saturado, nesse processo, o pistão se encontra travado 
com o pino. O pino é então removido e uma força 
constante é aplicada no pistão de modo a equilibrá-lo. 
O resfriamento continua até que o refrigerante atinja o 
estado de líquido saturado. Mostre o processo em um 
diagrama P – v esses processos de resfriamento e 
determine o trabalho realizado durante todos os 
processos. R = -20,22 kJ 
 
 
11) Considere o conjunto cilindro-pistão mostrado na 
figura abaixo. O conjunto contém 10 kg de água 
inicialmente no estado saturado a 100 kPa e com título 
50%. A água é então aquecida até o volume do conjunto 
se tornar igual o triplo do volume inicial. A massa do 
pistão é tal que a pressão interna necessária para 
desencostá-lo do esbaro é 200 kPa. Determine: 
a) a temperatura da água no volume final. R = 829°C 
b) o volume da água no volume final. R = 25.425 m³ 
c) o trabalho realizado pela água durante o processo. 
R = 3390 kJ 
 
 
12) Amônia contida em um cilindro-pistão a 10°C possui 
inicialmente uma massa de 10 kg com 1 m³ de volume 
interno. O pistão inicialmente repousa sobre os 
batentes e possui uma massa de tal modo que à 
pressão de 900 kPa, irá flutuar. Amônia é então 
aquecida até atingir uma temperatura de 50°C. 
Determine o trabalho em todo processo. R = 583,2 kJ 
 
 Gás ideal: 
 
13) O tanque A da figura abaixo tem capacidade de 
400 L e contém gás argônio a 250 kPa e 30°C. O cilindro 
B 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 o tanque B e finalmente 
atinge um estado uniforme a 150 kPa e 30°C. Calcule: 
a) o volume interno do argônio no tanque B. 
R = 0,2667 m³ 
b) o trabalho realizado pelo argônio durante o processo. 
R = 40 kJ 
 
 
 
 
 
14) Um conjunto cilindro-pistão contém ar a 600 kPa, 
290 K e o volume ocupado pelo ar é 0,01 m². Um 
processo a pressão constante retira 54 kJ de trabalho. 
Determine o volume e a temperatura no estado final do 
ar no processo. R = 0,1 m³ e 2900 K 
 
15) Um conjunto cilindro-pistão, contém 3 kg de ar. A 
temperatura e a pressão no ar são iguais a 27°C e 
300 kPa. O ar é aquecido até a temperatura de 500 K. 
Determine o trabalho realizado no processo e construa 
seu diagrama P – V. R = 264,2 kJ 
 
16) Um conjunto cilindro-pistão contém 0,5 kg de ar à 
temperatura de 500 K e á pressão de 500 kPa. O ar 
então se expande, num processo em que a pressão cai 
linearmente com o volume até que a temperatura e a 
pressão no ar se tornem iguais a 100 kPa e 300 K. 
Determine o trabalho realizado no processo. R = 86,1 kJ 
 
17) O conjunto cilindro-pistão mostrado na figura 
abaixo contém inicialmente 0,2 m³ de dióxido de 
carbono a 300 kPa e 100°C. Pesos são, então colocados 
sobre o pistão de modo que o gás é comprimido 
segundo a relação PV1/2 = constante até que a 
temperatura final atinja 200°C. Determine o trabalho 
realizado nesse processo. R = - 80,4 kJ 
 
 
18) O conjunto cilindro-pistão mostrado na figura 
abaixo contém ar a 150 kPa e 400°C. O conjunto é então 
resfriado até 20°C. 
a) O pistão está encostado nos esbarros no estado final? 
Qual a pressão final do ar no cilindro? R = 130,7 kPa 
b) Qual o trabalho específico realizado nesse processo. 
R = - 96,6 kJ