LISTA 2-TRABALHO-GAB

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FACULDADE DE ENGENHARIA SOUZA MARQUES 
TERMODINÂMICA I 
 
 
2ª LISTA DE EXERCÍCIOS – TRABALHO - GABARITO 26/08/2013 
PROFª ROSA MARIA 
 
 
01 – Uma mistura de líquido e vapor d’água contida em um cilindro recebe uma 
certa quantidade de calor que provoca uma variação de título de 20% para 60%. 
Calcular o trabalho realizado pela expansão isobárica, sabendo-se que a pressão 
é de 5 kgf/cm2 e que a massa inicial de vapor é de 1,5 kg. 
 
Solução: 
 
1 kgf = 10 N = 105 N = 105 Pa 
1 cm2 10-4 m2 m2 
 
p1 = 5 kgf/cm
2 = 500 kPa → L = 0,001093 m
3/kg , V = 0,3749 m
3/kg 
 
1 = (1 – 0,2) × 0,001093 + 0,2 × 0,3749 = 0,07585 m
3/kg 

1 = 0,07585 m
3/kg 
 
p1 = p2 expansão isobárica 
 
2 = (1 – 0,6) × 0,001093 + 0,6 × 0,3749 = 0,22538 m
3/kg 

2 = 0,22538 m
3/kg 
 
 mV1 1,5 
0,2 = ——— → mT = ——— = 7,5 kg 
 mT 0,2 
 
1W2 = mT × p × (2 – 1) 
 
1W2 = 7,5 × 500 × (0,22538 – 0,07585) = 560,74 kJ 
 
 
02 – Um gás perfeito sofre uma compressão isotérmica passando de 1 kgf/cm2 
para 5 kgf/cm2. Sabe-se que na situação inicial o volume ocupado pelo gás é igual 
a 2 m3. Calcular o trabalho necessário para a compressão do gás. 
 
Solução: 
 
p1 = 1 kgf/cm
2 = 100 kPa 
p2 = 5 kgf/cm
2 = 500 kPa 
V1 = 2 m
3 
 
p1 V1 = p2 V2 → 100 × 2 = 500 × V2 → V2 = 0,4 m
3 
 
1W2 = p1 V1 ln (V2 / V1) 
 
1W2 = 100 × 2 ln (0,4 / 2) = - 321,89 kJ 
 
03 – Um gás contido em um cilindro sofre inicialmente um aquecimento mantendo-
se constante o seu volume. Em seguida, ele sofre uma expansão a pressão 
constante devido a um aquecimento e ao movimento do êmbolo que prende o gás. 
Calcular o trabalho desenvolvido pelo gás sabendo-se que o volume do cilindro 
sofre uma variação de 0,5 m3. 
Dados: 
Área do êmbolo = 100 cm2 
Peso de cada corpo = 25 kgf 
Massa do gás = 5 kg 
Obs: Desprezar o peso do pistão e a pressão atmosférica local. 
 
Solução: 
 
Peso de cada corpo = 25 kgf = 250 N 
 
p = Peso dos corpos = 500 N = 50 kPa 
 Área 10-2 m2 
 
1W3 = 1W2 + 2W3 
 
1W2 = 0 
 
 
2W3 = p × (V2 – V1) = 50 × 0,5 = 25 
 
1W3 = 25 kJ 
 
Trabalho específico: 
 
1w3 = 1W3/m = 25/5 = 5 kJ/kg 
 
 
04 – Considere o conjunto cilindro-pistão mostrado na figura abaixo. O conjunto 
contém 1 kg de água que, inicialmente, se encontra a 20ºC e repousando sobre os 
esbarros fixados na parede do cilindro. Nesta condição, o volume interno do 
conjunto é igual a 0,1 m³. A pressão interna necessária para que o pistão inicie o 
movimento é igual a 400 kPa. Determine: 
a) A temperatura da água no instante em que o pistão inicia seu movimento. 
b) O trabalho realizado durante o processo de aquecimento que termine 
quando a água alcançar o estado de vapor saturado. 
 
Solução: 
 
Estado 1: Pistão encostado nos esbarros 
 
p1 = p0 → p1 = 101 kPa → Ts = 99,62ºC 
 
Água líquida comprimida porque T1 < Ts (20ºC < 99,62ºC) 
 
T1 = 20ºC → 1= 0,001002 m³/kg → m = 0,1/0,001002 = 99,8 kg 
 
Estado 2: Pistão iniciando o movimento 
 
p2 = 400 kPa ; T2 = Ts → T2 = 143,63ºC 
 
Líquido saturado 2= L= 0,001084 m³/kg 
 
V2 = 2. m = 0,001084 . 99,8 = 0,11 m³ 
 
Estado 3: Vapor saturado p3 = 400 kPa ; 3= V= 0,4625 m³/kg 
 
V3 = 3. m = 0,4625 . 99,8 = 46,16 m³ 
 
1W2 = p (V2 - V1) = 400 (0,11 - 0,1) = 4 kJ 
 
2W3 = p (V3 - V2) = 400 (46,16 - 0,1) = 18424 kJ 
 
1W3 = 1W2 + 2W3 → 1W3 = 4 + 18424 → 2W3 = 18428 kJ