1ª Lista de exercícios fisica 3

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FEMMA – CURSO DE ENGENHARIA DE MINAS 
Termodinâmica 2017.4 
Profª Ruthinéia Jéssica Alves do Nascimento 
 
 
1ª Lista de Exercícios 
1. Um tanque rígido de 1,8 m3 contém vapor a 220ºC. Um terço do volume está na fase 
líquida e o restante na está na forma de vapor. Determine: 
a) A pressão do vapor. RESP P=2320kPa 
b) A qualidade da mistura líquido/vapor RESP: x = 0,0269 
c) A densidade da mistura RESP: 𝝆 = 𝟐𝟖𝟕, 𝟖 𝒌𝒈 𝒎𝟑⁄ 
2. Um dispositivo cilindro-pistão contém 0,85 kg de um fluido refrigerante 134ª a -
10ºC. O pistão move-se livremente, possui massa igual a 12 kg e diâmetro igual a 25 
cm. A pressão atmosférica é 88 kPa. Calor é transferido para o fluido refrigerante até 
que este atinge uma temperatura igual a 15 ºC. 
Determine: 
a) A pressão final RESP: P=90,4 kPa 
b) Mudança no volume do cilindro 
RESP: ∆𝑽 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟎𝟔 𝒎𝟑 
c) Mudança na entalpia do refrigerante. RESP: ∆𝑯 = 𝟏𝟕, 𝟒 𝒌𝑱 
3. Uma panela cujo diâmetro interno é de 20 cm está preenchida com água e está 
coberta com uma tampa de massa 4 kg. Se a pressão atmosférica local é 101 kPa, 
determine a temperatura na qual a água começa a vaporizar quando aquecida. RESP: 
P=102,25 kPa, T=100,2°C 
4. Um dispositivo cilindro-pistão inicialmente contém 50 L de água líquida a 40ºC e 
200 kPa. Calor é transferido para a água à pressão constante até que todo o líquido seja 
vaporizado. Determine: 
a) A massa de água. RESP: m=49.61 kg 
b) A temperatura final. RESP: 120,21°C 
c) Variação de entalpia. RESP: ∆𝑯 = 𝟏𝟐𝟓, 𝟗𝟒𝟑 𝐤𝐉 
d) Mostre o processo em um diagrama T-�̂�. 
5. Um dispositivo pistão-cilindro contém 0,1 m3 de água líquida e 0,9 
m3 de vapor em equilíbrio. Calor é transferido à pressão constante até que 
a temperatura atinge a temperatura de 350ºC. Determine: 
a) A temperatura inicial da água. RESP: 170.41°C 
b) A massa total de água e a qualidade da mistura. RESP: 93.45 kg 
c) O volume final. RESP: 33.12 m3 
d) Mostre o processo em um diagrama P-�̂�, identifique os estados 
termodinâmicos do sistema. 
6. Vapor superaquecido a 180 psia e 500ºF é resfriado a volume constante até uma 
temperatura de 250ºF. No estado termodinâmico final, determine: 
a) A pressão. RESP: 29.84 psia 
b) Qual o estado termodinâmico, a depender calcule a qualidade da mistura. x=0,219 
c) A entalpia. RESP: �̂� = 𝟒𝟐𝟔. 𝟎 𝐁𝐭𝐮/𝐥𝐛𝐦 
d) Mostre o processo em um diagrama T-�̂�, identifique os estados termodinâmicos do 
sistema. 
7. A pressão em um pneu automotivo depende da temperatura do ar dentro do pneu. 
Quando a temperatura do ar é 25ºC, a pressão manométrica é 210 kPa. Se o volume do 
pneu é 0,025 m3, determine o aumento de pressão quando a temperatura do ar aumenta 
para 50ºC, a quantidade de ar que precisa ser retirada para restaurar a pressão original. 
A pressão atmosférica é 100 kPa. RESP: 26 kPa; 0,0070 kg 
Condições �̂� 𝑚3 𝑘𝑔⁄ ℎ ̂ 𝑘𝐽 𝑘𝑔⁄ 
P1, -10ºC 0,2302 247,76 
P2, 15ºC 0,2544 268,16 
H2O 
P = 800 kPa 
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Termodinâmica 2017.4 
Profª Ruthinéia Jéssica Alves do Nascimento 
 
 
8. Um tanque de 1 m3 contendo ar a 25ºC e 500 kPa está conectado através de uma 
válvula a outro tanque contendo 5 kg de ar a 35ºC e 200 kPa. A válvula é aberta, e o 
sistema inteiro atinge o equilíbrio térmico com a vizinhança, que está a 20ºC. Determine 
o volume do segundo tanque e a pressão final do ar. RESP: 2,21 m3; 284,1 kPa 
9. Calcule Z e V para o etano a 50 °C e 15 bar, das seguintes maneiras: 
a) A equação do virial truncada, com os seguintes valores experimentais dos 
coeficientes do tipo virial: B = -156,7 cm3/mol; C = 9650 cm6/mol2. RESP: 𝑉 =
1625 𝑐𝑚3 𝑚𝑜𝑙⁄ ; Z = 0,907 
b) Através do Diagrama de compressibilidade generalizada. 
RESP: 𝒁 ≅ 𝟎, 𝟗𝟏𝟐; �̅� = 𝟏𝟔𝟑𝟒 𝒄𝒎𝟑 𝒎𝒐𝒍⁄ 
10. Calcule Z e V para o hexaf1uoreto de enxofre a 75°C e 15 bar, com as seguintes 
equações: 
a) A equação do tipo virial truncada [Eq. (3.40)], com os seguintes valores 
experimentais dos coeficientes do virial: B = -194 cm3/mol; C = 15300 cm6/mol2. 
b) Através do Diagrama de compressibilidade generalizada. 
RESP: 𝒁 ≅ 𝟎, 𝟖𝟗𝟑; �̅� = 𝟏𝟗𝟑𝟎 𝒄𝒎𝟑 𝒎𝒐𝒍⁄ 
11. Um gás é confinado em um cilindro com 1,25(ft) de diâmetro por um pistão, sobre 
o qual repousa um contrapeso. Juntos, o pistão e o peso possuem massa de 250(lbm). A 
aceleração da gravidade local é de 32,169 ft/s2 e a pressão atmosférica é de 30,12 in Hg. 
a) Qual é a força em (lbf) exercida no gás pela atmosfera, pistão e contrapeso, 
admitindo que não há atrito entre o êmbolo e o cilindro? RESP: 𝐹 = 2,8643 × 103𝑙𝑏𝑓 
b) Qual é a pressão do gás em (psia)? RESP: 𝑷𝒂𝒃𝒔 = 𝟏𝟔, 𝟐𝟎𝟖 𝒑𝒔𝒊𝒂 
c) Se o gás no cilindro for aquecido, ele se expande, empurrando para cima o pistão e o 
contrapeso. Se o pistão e o contrapeso forem erguidos em 1,7(ft), qual é o trabalho 
realizado pelo gás em (ft.lbf)? RESP: 𝑾 = 𝟒𝟐𝟒, 𝟗𝒇𝒕 ∙ 𝒍𝒃𝒇 
12. Um gás está confinado em um cilindro com 0,47 m de diâmetro por um êmbolo, 
sobre o qual repousa um contrapeso. Juntos, o êmbolo e o contrapeso possuem massa de 
150 kg. A aceleração da gravidade local é de 9,813 m/s2, e a pressão atmosférica é de 
101,57 kPa. 
a) Qual é a força em newtons exercida sobre o gás pela atmosfera, pelo êmbolo e 
contrapeso, admitindo que não haja atrito entre o êmbolo e o cilindro? RESP: 𝐹 =
1,904 × 104𝑁 
b) Qual é a pressão do gás em kPa? RESP: 𝑷𝒂𝒃𝒔 = 𝟏𝟏𝟎, 𝒌𝑷𝒂 
c) Se o gás no cilindro for aquecido, ele se expande, empurrando para cima o êmbolo e 
o contrapeso. Se o êmbolo e o contrapeso forem erguidos em 0,83 m, qual é o trabalho 
realizado pelo gás em kJ? Qual é a variação da energia potencial do êmbolo e do 
contrapeso? RESP: 𝑾 = 𝟏𝟓, 𝟖𝟒𝟖 𝒌𝑱