Lista 1 2014 Termodinâmica Básica GABARITO (1)

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1a lista de TB: 
Ø Conceitos Fundamentais. 
Ø Energia e 1a Lei para Sistemas. 
Ø Propriedades de substâncias e uso de Tabelas Termodinâmicas. 
 
1. Um balde contendo concreto, com massa total de 200kg, é movimentado por um 
guindaste até uma altura de 20m a partir do repouso no solo. Sabendo que o 
balde é acelerado durante o movimento até atingir a velocidade final de 10m/s, 
considere o balde como um sistema e determine a variação da energia total 
durante este movimento. Admita que a aceleração local da gravidade apresente 
módulo igual a 9,8m/s2. 
R: 49200J 
2. Cada linha na tabela a seguir fornece dados sobre um processo em um sistema 
fechado. Todos os valores possuem as mesmas unidades de energia. Complete 
os espaços em branco na tabela. 
a) Tabela 1. 
Processo Q W Ec Ep ΔE 
A +50 -20 20 +50 70 
B +50 +20 +20 10 30 
C -40 -60 -40 +60 +20 
D -90 -90 -50 +50 0 
e +50 150 +20 -120 -100 
 
b) Tabela 2. 
Processo Q W Ec Ep ΔE 
A +1000 +100 +800 
B -500 +200 +300 
C -200 +300 +1000 
D -400 +400 +600 
e -400 +800 -400 
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3. Um sistema fechado de massa 2kg é submetido a um processo no qual o calor é 
transferido com uma magnitude de 25 kJ do sistema para sua vizinhança. A 
elevação do sistema aumenta em 700m durante o processo. A energia interna 
específica do sistema decresce 15kJ/kg e não há variação da energia cinética do 
sistema. Determine o trabalho, em kJ. Considere g=9,8m/s2. R:-8,72kJ 
4. (ex 41 on-line) Água é aquecida em uma panela fechada sobre um fogão, 
enquanto a água é agitada por uma roda de pás. Durante o processo 30kJ de 
calor são transferidos para a água e 5kJ de calor são perdidos para o ar 
ambiente. O trabalho da roda de pás é de 500Nm. Determine a energia final do 
sistema se sua energia inicial é de 10kJ. R:35,5kJ 
5. A massa de um automóvel é de 1200kg. Qual é a sua energia cinética, em kJ, em 
relação á estrada quando ele viaja a uma velocidade de 50km/h? Se o veiculo 
acelerar para 100km/h, qual é a variação na energia cinética, em kJ?
 R:347,8kJ 
6. Um objeto de peso 40kN é posicionado a uma altura de 30m acima da superfície 
da Terra. Para g=9,78m/s2, determine a energia potencial gravitacional do objeto, 
em kJ, em relação à superfície da Terra. R:1200kJ 
7. A aceleração padrão da gravidade (no nível do mar e a 45º de latitude) é 
9,80665m/s2. Qual é a força necessária para manter imobilizada uma massa de 
2kg nesse campo gravitacional? Calcule a massa de outro corpo, localizado 
nesse local, sabendo que é necessária uma força de 1N para que permaneça em 
equilíbrio. F=19,6133N; m=0,102kg 
8. O diâmetro de um macaco hidráulico é igual a 200mm. Determine a pressão no 
cilindro para que o pistão levante uma massa de 740kg. 235,5Pa 
9. (questão de prova institucional) Não é de hoje que o vento vem sendo utilizado 
como um sistema gerador de energia. Na verdade desde 4000 a.C. que vem se 
utilizando a energia dos ventos para se movimentar barcos, moinhos, bombear 
água para cidades e regiões de plantio de alimentos, porém somente 
recentemente é que essa energia vem sendo convertida em eletricidade. Nos 
Estados Unidos a energia eólica vem sendo utilizada desde os anos 1850 para o 
bombeio de água por meio de pequenos cataventos, mas somente a partir de 
1900 para gerar eletricidade. O desenvolvimento de turbinas modernas só 
ocorreu na década de 1970. No mundo a capacidade de geração de energia 
eólica já ultrapassa os 40 GW de potência, sendo que 75% dessa geração 
encontra-se nos Estados Unidos, Alemanha, Dinamarca e Espanha. Diversos 
países estão intensificando suas atividades na geração de energia elétrica por 
meio de captação da energia eólica. 
No Brasil, leilões para a produção de energia eólica estão sendo feitos 
desde 2009 a fim de promover a diversificação da matriz energética do país. 
Segundo diversos estudos a capacidade brasileira gira em torno de 143 GW, 
sendo que o governo pretende alcançar até 2020 uma capacidade implantada de 
10 GW. 
Se considerarmos que a vazão mássica de ar que ultrapassa uma turbina 
é de 50000 kg/s e que essa turbina tenha uma eficiência de 30%. Determine 
qual é a potência por ela gerada se o vento encontra-se a uma velocidade de 
36000 m/h, e assumindo que só haja transformação de energia cinética em 
trabalho. 
Dica: assim como a potência é a relação do trabalho pelo tempo a energia 
cinética pode ser relacionada com a vazão mássica se for dividida pelo tempo: 𝐸𝑐 = !! .!.!"!! = !! .𝑚.𝑉𝑒! 
(1kJ/kg = 1000 m2/s2) 
O valor da potência é: 
a) 50kW 
b) 750kW 
c) 2500kW 
d) 750000kW 
e) 2500000kW R: b) 
 
10. (ex 25 on-line) Considere um rio escoando em direção a um lago com uma 
velocidade média de 3m/s a uma vazão de 500m3/s em um local 90m acima da 
superfície do lago. Determine a energia mecânica total da água do rio por 
unidade de massa e o potencial para geração de potência do rio naquele local. 
R: 886,5J/kg 
11. Em determinado local o vento tem uma velocidade constante de 10m/s. 
Determine a energia mecânica do ar por unidade de massa e o potencial para 
geração de potência de uma turbina eólica com pás de 60m de diâmetro naquele 
local .Admita a massa específica do ar de 1,25 kg/m3. 
Dado: e=v2/2 ; Potencial = (A.ρ .v3)/2 R: 50J/kg e 1,767MW 
12. Meio quilograma de um gás contido em uma montagem cilindro-pistão está 
submetido a um processo a pressão constante de 4 bar iniciando em 
v1=0,72m3/kg. Para o gás como um sistema, o trabalho é W= - 84kJ. Determine o 
volume final do gás, em m3. R: 0,255m3 
 
13. A figura a seguir mostra o esquema de uma central termoelétrica a vapor. 
a) Mostre as fronteiras de um sistema termodinâmico neste esquema e justifique 
sua resposta. 
b) Crie um volume de controle para algum componente deste esquema e 
apresente as correntes de energia e de massa existentes. 
 
 
 
14. Um cilindro de aço, com massa igual a 2kg, contém 4litros de água líquida a 25º 
C e 500kPa. Determine a massa total e o volume do sistema. Utilize as tabelas 
A3 e A4 do apêndice A para obter a massa específica das substâncias. R: 
5,988kg e 0,004256m3 
15. Determine a pressão no fundo de um tanque que apresenta 5m de profundidade 
e cuja superfície livre está exposta a uma pressão de 101kPa. Considere que o 
tanque esteja armazenando os seguintes líquidos: 2m de Água a 25º C e 3m de 
Glicerina a 25º C. Utilize a tabela A4 do apêndice A para obter a massa 
específica das substâncias. R: 158,74kPa 
16. (Ex 7 on-line) Um tanque plástico de 3kg que tem um volume de 0,2m3 é 
preenchido com água no estado líquido. Supondo que a massa específica da 
água seja 1000kg/m3, determine o peso do sistema combinado. R: 2030N 
17. (Ex 8 0n-line) Determine a massa e o peso do ar contido em uma sala de 
6mx6mx8m. Suponha que a massa específica do ar seja de 1,16kg/m3. R: 
334,08kg e 3340,8N 
18. (questão de prova institucional) A figura abaixo (Temperatura x volume 
específico) mostra, para uma dada pressão, o comportamento da água em suas 
fases de líquido comprimido a vapor superaquecido. São dados os pontos a, b, c 
e d numa linha de pressão constante. 
 
Com base no diagrama apresentado, é incorreto afirmar que: 
a) Os pontos a e c correspondem aos estados de líquido saturado e vapor 
saturado, respectivamente. 
b) O ponto d se encontra na região de vapor superaquecido, com temperatura 
acima do ponto de ebulição para a pressão de 300 kPa. 
c) Dado o título de 70% para o ponto b, seu volume específico é de 
 aproximadamente 0,42 m3/kg. 
d) Os pontos a, b e c estão sob mesma temperatura de 133,6 oC, a qual 
chamamos de temperatura de saturação (Tsat) para a pressão de300 kPa. 
e) O volume específico do ponto d é menor que o volume específico do ponto c, já 
que, para maiores temperaturas há um aumento na agitação térmica molecular e o 
vapor superaquecido apresenta também um aumento em sua densidade. 
R: e) 
19. Utilizando Tabela Termodinâmica, determine a fase da substância e a(s) 
propriedade(s) que falta(m) dentre P, v, T, u e o título, quando aplicável, para os 
seguintes estados: 
a) Nitrogênio: -53ºC e 600kPa; 
b) Nitrogênio: 100K e 0,008 m3/kg 
20. Determine o volume específico do R-410a e diga em que fase se encontra nos 
seguintes estados: 
a) -15º C, 500kPa; R: líquido comprimido; v=vl para mesma temperatura à 
v=0,000815m3/kg 
b) 20º C, 1000kPa; R: vapor superaquecido; v=0,02838m3/kg 
c) 20º C, título 25%. R: mistura saturada; v=0,005088 m3/kg 
21. (ex 48 on-line) Um tanque rígido de 1,8m3 contém vapor d’água a 220º C. Um 
terço do volume está na fase líquida e o restante na fase vapor. Determine a 
massa específica da mistura saturada. 
220º C 2317,8kPa vl=0,001190m3/kg vv=0,08619m3/kg 
R: 0,05786kg/m3 
22. (ex 49on-line) Um vaso rígido contém 2kg de refrigerante R-134a a 800kPa e 
120º C. Determine o volume do vaso (use tabela termodinâmica para obter o 
volume específico líquido e vapor). 
R: 53,22m3. 
23. Um conjunto cilindro pistão contém inicialmente vapor d’água saturado a 200kPa. 
Neste estado, a distância entre o pistão e o fundo do cilindro é 0,1m. Determine 
qual será essa distância e a temperatura se a água for resfriada até que o volume 
ocupado passe a ser a metade. (use tabela termodinâmica para obter o volume 
específico inicial e final). R: distância = 0,05m 
24. Um centro de pesquisas está projetando um tanque cúbico para armazenar 4,76 
kg de uma mistura saturada de líquido-vapor a 169,6º C com um título de 85% e 
cujo volume específico, nessas condições, é de, aproximadamente, 210 dm3 
/kg. A transferência de calor para o tanque desde o estado inicial, no qual a 
pressão da mistura líquido-vapor saturada é 0,50 kgf/cm2 , até o estado final 
desejado, se dá a uma razão de 60 W. Necessita-se dimensionar a altura do 
tanque cúbico a ser construído. Considerando que o calor total transferido 
para o tanque durante o aquecimento foi de 9117 kJ, concluiu-se que a 
altura do tanque e o tempo do processo são, respectivamente, iguais a: 
A 1,0 m e 42,2 horas. 
B 1,0 m e 152,0 horas. 
C 1,0 m e 422,0 horas. 
D 10,0 m e 42,2 horas. 
E 10,0 m e 152,0 horas. 
Resposta: A 
 
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