BAC014 - Segunda lista de exercícios - Cap 2

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ – CAMPUS ITABIRA 
Lista de Exercícios 2 – Capítulo 2 – Propriedade de Substância Pura 
Prof. Paulo Mohallem Guimarães 
1) (Van Wylen) Considere 2 tanques A e B e a tubulação com válvula mostrada na figura abaixo. Os dois tanques 
contêm água. O volume do tanque A é igual a 1 m3 e a água armazenada neste tanque apresenta pressão igual a 200 KPa 
e v = 0,5 m3/kg. O tanque B contém 3,5 kg de água a 0,5 MPa e 400oC. A válvula que liga os tanques é então aberta e 
espera-se até que a condição de equilíbrio seja atingida. Determine o volume específico no estado final do processo. 
 
Resp.: v2 = 0,5746 m3/kg. 
 
2) (Van Wylen) Um tanque de 2 m3 contém metano a -30oC e 3 MPa. Determine a massa de gás armazenada no tanque. 
Estime o erro percentual na determinação dessa massa se admitir que o metano se comporte como um gás perfeito. 
Resp. 53,45 kg e 10,9% (muito pequeno). 
 
3) (Van Wylen) A figura ao lado mostra o esboço de uma panela de pressão . A união da tampa 
com o corpo da panela é roscada e o controle da pressão interna é realizado pelo peso instalado 
na tampa. A área da seção transversal do tubo onde está apoiado o peso é igual a 5 mm2. 
Determine a massa do peso para que a água ferva a 120oC nesta panela. Admita que a pressão 
atmosférica é igual a 101,3 KPa. Resp. 50g 
 
4) (Van Wylen) Um tubo apresenta 5 metros de comprimento e área da seção transversal útil igual a 200 cm2. O tubo 
está montado na vertical e a extremidade inferior está fechada. O tubo é então preenchido com água a 15 oC num dia 
onde a pressão atmosférica é 100 KPa. Determine a massa de água contida no tubo. Qual é o valor da pressão no fundo 
do tubo? 
Resp.: 99,9 kg e 149 kPa. 
 
5) (Van Wylen) Um tanque rígido com volume interno de 1 m3 contém ar a 1MPa e 400 K. O tanque está conectado a 
uma linha de ar comprimido do modo mostrado na figura abaixo. A válvula é então aberta e o ar escoa para o tanque até 
que a pressão alcance 5 MPa. Nesta condição a válvula é fechada e a temperatura do ar no tanque é 450K. Qual a massa 
de ar antes e depois do processo de enchimento? Se a temperatura do ar no tanque carregado cair para 300K, qual será a 
pressão do ar neste novo estado? Resp mar1 = 8,711 kg e mar2 38,715 kg e P3= 3,33MPa. 
 
6) (Cengel) Um conjunto 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 à pressão constante até que a temperatura atinja 350oC. 
a) Qual é a temperatura inicial da água? 
b) Determine a massa total de água. 
c) Calcule o volume inicial. 
d) Mostre o processo num diagrama Pv com relação às linhas de saturação. 
Resp.: a) 170,41oC, b) 93,45kg, c) 33,12m3. 
 
7) (Cengel) Um vaso rígido com 0,3 m3 contém inicialmente mistura saturada de líquido-vapor à 150oC. A água é 
aquecida até que ela atinja o estado crítico. Determine a massa de água líquida e o volume ocupado pelo líquido no 
estado inicial. Resp.: 96,1 kg e 0,105m3. 
8) (Cengel) Água é aquecida num dispositivo vertical cilindro-pistão. O pistão tem uma massa de 20 kg e uma área 
transversal de 100 cm2. Se a pressão atmosférica local é 100kPA, determine a temperatura na qual a água começa a 
vaporizar. Resp.: 104,7oC. 
9) (Cengel) Um balão esférico com diâmetro de 6m é preenchido com hélio à 20oC e 200 kPa. Determine o número de 
moles e a massa do hélio no balão. Resp.: 9,28 kmol e 37,15 kg. 
 
10)(Cengel) A pressão num pneu de automóvel depende da temperatura do ar no pneu. 
Quando a temperatura é 25oC, a pressão manométrica é 210kPa. Se o volume do pneu é 
0,025m3, determine o aumento de pressão no pneu quando a temperatura do ar no pneu 
aumenta para 50oC. Também, determine a quantidade de ar que deve ser retirado para 
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Lista de Exercícios 2 – Capítulo 2 – Propriedade de Substância Pura 
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restaurar a pressão ao seu valor inicial para esta temperatura. Considerar a pressão atmosférica igual à 100kPa. Resp.: 
26 kPa e 0,0070 kg. 
 
11) (Cengel) Determine o volume específico do vapor de refrigerante 134-a à 0,9 MPa e 70oC baseado: a) na equação 
de gás perfeito; b) no gráfico de compressibilidade, e c) nos dados das tabelas. Também, determine o erro entre os dois 
primeiros casos. Para se resolver este exercício, estudar nos slides do capítulo 2 o exercício final referente a 
compressibilidade. Resp.: a) 0,03105 m3/kg (13,3% de erro); b) 0,02776 m3/kg (1,3% de erro) e c) 0,027413 m3/kg. 
 
12) (Cengel) Determine o volume específico do vapor superaquecido à 3,5 MPa e 450 oC baseado: a) na equação de gás 
ideal, b) no gráfico de compressibilidade generalizado, e c) nas tabelas de vapor. Determine o erro entre os dois 
primeiros casos. Resp.: a) 0,09533 m3/kg (3,7% de erro); b) 0,09161 m3/kg (0,4% de erro) e c) 0,09196 m3/kg. 
 
13) Um tanque de 1 m3 contém 2,841 Kg de vapor à 0,6 MPa. Determine a temperatura do vapor usando: a) a equação 
de gás ideal, b) a equação de van der Waals, e c) as tabelas de vapor. Pesquisar sobre as equações de van der Waals. 
Resp.: a) 457,6K, b) 465,9K e c) 200oC. 
 
14) (Shawn) A massa de 0,01 Kg de vapor com título de 0,9 está no cilindro da figura 
abaixo. A mola somente toca o topo do pistão. Calor é adicionado até que a mola é 
comprimida até 15,7 cm. Calcule a temperatura final. Resp.: 1337K ou 1064oC. 
 
 
 
 
 
15) (Shawn) – Estime a diferença entre o peso de ar numa sala de 20x100x10 ft no verão 
quando T = 90oF e no inverno quando T = 10oF. Usar P = 14 psia. Resp.: 234,1 lbm. 
 
16) Propano líquido é geralmente usado como combustível para 
aquecimento de casas, alguns veículos, como empilhadeiras, e no 
preenchimento de recipientes de picnic. Considere um tanque de 
propano que contém 5 l de propano líquido à temperatura ambiente de 
20oC. Se um furo se desenvolve no tudo de conexão do tanque e 
propano começa a vazar, determine a temperatura do propano quando a 
pressão no tanque cai para 1 atm. Também, determine a quantidade 
total de calor transferido do ambiente para o tanque para vaporizar 
todo o propano no tanque. A equação da quantidade de calor trocado é: 
Qabsorvido = m hlv, onde m é a massa e hlv é a diferença de entalpia entre os dois estados de saturação (retirados da tabela). 
Resp.: -42,1oC e 1243 kJ. 
 
17) Nos diagramas de propriedades indicados abaixo, desenhe com relação às linhas de líquido saturado e vapor 
saturado e índice os valores nos exios dos diagramas os seguintes processos e estados para o refrigerante 134-a. Use 
setas para indicar a direção do processo, e indique os estados finical e final. 
a) No diagrama P-v indique o processo à temperatura constante através do estado P = 280 kPa, v = 0,06m3/kg à medida 
que a pressão muda para P1= 400kPa até P2 = 200kPa. Localize o valor da temperatura na curva do processo no 
diagrama P-v. 
b) No diagrama T-v mostre o processo à volume específico constante através do estado T = 20oC, v = 0,02 m3/kg de P1 
= 1200kPa à P2 = 300 kPa. Para este conjunto de dados localize os valores de temperatura nos estados 1 e 2 em seus 
eixos. Localize o valor do volume específico em seu eixo. 
 
18) Uma mistura de líquido-vapor de H2O com título de 25% está contido num 
conjunto como mostrado abaixo. A massa do pistão é 40kg, e seu diâmetro é 10 
cm. A pressão atmosférica da vizinhança é 1 bar. As posições inicial e final do 
pistão estão mostradas na figura. À medida que a água é aquecida, a pressão 
dentro do cilindro permanece constante até que o pistão atinja os pinos de 
parada. A transferência de calor continua até que sua pressão atinja 3 bar. O 
atrito entre o pistão e o cilindro é desprezível. Determine o trabalho realizado 
em J. g = 9,81m/s. Resp.: 41,23 J.