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2° Lista de exercícios - Termodinâmica Aplicada – ALI 184		1S2010
Cap 2 e 3 Smith
No gráfico PV abaixo representado apresentamos um ciclo reversível percorrido por um sistema constituído por 4 moles de um gás ideal. Sabe-se que a variação da energia interna no processo BC é 
.
Calcular:
Vct, T1 e T2.Resp: 4x10-3 m3; 240,54K; 962,16 K
O calor envolvido nos três processos. Resp: Q(A-B)=60 kJ; : Q(B-C)=-36 kJ; : Q(C-A)=-11,09kJ
O trabalho envolvido nos três processos. Resp: W(A-B)=-24 kJ; : W(B-C)=0 kJ; W(C-A)=+11,09kJ
A variação da energia interna nos três processos. 
Resp: 
O trabalho líquido no ciclo.Resp: W=-12,91 kJ
Mostrar que a energia interna é função de ponto.
Um gás ideal tem um volume de 10 m3, a 0(C e 1 atm. Nas condições deste problema o ar pode ser considerado como um gás ideal com capacidades caloríficas constantes, dadas por:
				
Este ar deve ser comprimido até 5 atm, a 15,56(C por dois processos reversíveis diferentes. Calcule o calor e o trabalho necessários e as variações 
 em cada um dos processos em J e Btu:
Resfriamento a pressão constante seguido por aquecimento a volume constante.
Resp: 
Aquecimento a volume constante seguido por resfriamento a pressão constante.
Resp: 
Num vaso isolado e de paredes não condutoras de calor, provido de um agitador, colocam-se 20 lbm de água a 68°F. O agitador é acionado pela descida de um peso cuja massa e de 50 lbm. A aceleração da gravidade local é 32,00 ft/s2. Enquanto aciona o agitador, o peso desce lentamente ao longo de uma altura de 30 ft. Admitindo que todo o trabalho realizado pela gravidade sobre o peso seja transferido à água, calcule:
O total de trabalho realizado sobre a água em lbf.ft, J e Btu Resp: W=1500 lbf ft
A variação de energia interna da água em ft.lbf, J e Btu. Resp: 1500 lbf ft=2033,7J
A temperatura final da água em °F, °C, que possui 
. Resp: T= 20,0053(C=68,0097(F
A quantidade de calor que deve ser retirada da água para retorná-la à sua temperatura inicial. Resp: -2033,7 J
A variação total de energia do universo (1) pelo processo de descida do peso, (2) pelo processo de resfriamento da água levando-se até sua temperatura inicial, e (3) pelos dois processos em conjunto. Resp: 0
(a) A água líquida, a 212 °F e 1 atm, tem uma energia interna específica igual a 180,02 Btu/lbm. Qual sua entalpia específica? Neste estado, o volume específico da água líquida é 0,01672 ft3/lbm.Resp: 419kJ/kg
	(b) A água mencionada no item (a) é vaporizada até 400 °F e 100 psia sendo então o seu volume específico igual a 4,937 ft3/lbm e a sua entalpia 1228,4 Btu/lbm. Calcule 
 e 
 no processo, em Btu/lbm e J/kg. Resp: 
Um cilindro-pistão que não apresenta atrito, contém 2 kg de vapor superaquecido de refrigerante R-134a a 100(C e 350 kPa. O conjunto é então, resfriado a pressão constante até que o refrigerante apresente título igual a 75%. Calcule a transferência de calor neste processo. Resp: Q=-274,64kJ
Um conjunto cilindro-pistão similar ao mostrado na figura abaixo contém 50 kg água. Inicialmente o volume e a pressão na água são iguais a 0,1 m3 e 200 kPa. O pistão se movimenta transferindo-se calor ao sistema, e quando o pistão encosta-se nos esbarros, o volume da câmara se torna igual a 0,5 m3. Transfere-se calor ao sistema até que o pistão toque os esbarros. Determine o calor transferido neste processo. Resp: 1034,28 kJ
Num processo isotérmico a variação de calor é sempre zero? De acordo com sua resposta que quantidade de calor deve ser removida de 83,2 g de oxigênio, quando comprimido de 2x104 cm3 para 2x103 cm3 , à temperatura constante de 300 K, sendo o oxigênio um gás ideal?Q=-14933 kJ
Determine as propriedades indicadas e a fase da substância:
a) H2O	T=250(C	v=0,02 m3/kg		P=?		u=?
b) N2		T=277(C	P=0,5 MPa			x=?		h=?
c) H2O	T=-2(C	P=100 kPa			u=?		v=?
d) R-134	P=200kPa	v=0,12 m3/kg		u=?		T=?
e) NH3	T=65(C	P=600kPa			u=?		v=?
f) H2O	T=90(C 	u=2390 kJ/kg		h=?	v=?	x=?
g) H2O	P=10MPa	u=1200 kJ/kg		T=?	v=?	x=?
h) R-12	T=-5(C	P=300kPa			h=?		x=?
i) R-134a	T=60(C	h=430 kJ/kPa		v=?		x=?
j) NH3	T=20(C	P=100kPa			u=?	v=?	x=?
Obs: Para o cálculo da variação de entalpia para líquido comprimido, admita que o fluido é incompressível e empregue a seguinte fórmula que será desenvolvida no capítulo 6
		(6.27)
A variação da energia interna de um fluido incompressível depende apenas da temperatura e é dada pela equação:
				(6.26)
(9) Exercício similar ao 2.5 resolvido do Livro Smith, porém empregue as Tabelas Termodinâmicas
Calcular a interação de calor e trabalho necessário para vaporizar 1 kg de água a 100°C. Qual a variação da energia interna e da entalpia do sistema (1 kg de água)?
(10) Um tanque rígido e estanque, com volume de 150 litros, contém água a 100(C e título de 90%. O tanque é então resfriado até -10(C. Calcule o calor transferido neste processo.
(11) Um cilindro rígido contém vapor saturado de amônia a 20(C. Transfere-se calor para o sistema até que a temperatura atinja 40(C. Pergunta-se: qual a pressão final do cilindro? Qual a quantidade de calor que foi transferida durante o processo?
(12) Um tanque de 2 m3 contém metano a -30(C e 3 MPa. Determine a massa do gás armazenada no tanque. 
(13) Um tanque de armazenamento de água contém líquido e vapor em equilíbrio a 110(C. A distância entre o fundo do tanque e o nível do líquido é de 8 m. Qual a pressão absoluta no fundo do taque? (Considere o efeito do campo gravitacional).
(14) Um frasco de 20 L não contém ar, apenas 2 kg de água pura e esta a 245(C. Qual é a massa de água líquida no tanque?
(15) Uma panela de pressão (recipiente fechado) contém água a 100(C e o volume ocupado pela fase líquida é 1/10 do ocupado pela fase vapor. A água é então aquecida até que a pressão atinja 2,0 MPa. Calcule a Temperatura final do processo e a relação entre os volumes das fases. Qual a quantidade de calor que foi transferido para a panela?
Resp:	Estado inicial: xi=0,006202; Vi=0,011413 m3/kg; Ui=431,8572kJ/kg
	Estado final: xf=0,011702; Vf=Vi=0,011413 m3/kg; Uf=528,1664 kJ/kg; Tf=120,23(C; volume ocupado pela fase líquida é 0,1012 do ocupado pela fase vapor no estado final; Q=96kJ/kg
Dica para resolver o problema: Usar a equação:
Rearranjando esta equação:
EXERCÍCIOS DO LIVRO SMITH ET AL (2000)
Cap 1: 1.2; 1.3; 1.9;1.10;1.13
CAP 2: 2.4; 2.5; 2.8; 2.10;2.11;2.12;2.16; 2.17; 2.18; 2.20
CAP 3: 
3.2 Resp: 226,22 bar
3.4 Resp: 515,91 J
3.5 Resp: 47,744 kJ
3.6 Resp: 7,5471 x 10-5 m3 ; W= -7,5471J; ( Ut = 84,01 kJ
3.9; 3.11; 3.20; 3.22; 3.23; 3.24; 3.25; 3.26; 3.29 (escolha 4 itens); 3.30; 3.34; 3.35; 3.36; 3.40; 3.41; 3.42; 3.43
água
_1253619318.unknown
_1253619805.unknown
_1314682835.unknown
_1314708777.unknown
_1314708998.unknown
_1314683021.unknown
_1282990759.unknown
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_1174968086.unknown
_1174967575.unknown
_1051090711.unknown

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