Lista 01 TAA I

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LISTA 01 – TERMODINÂMICA APLICADA I 
 
1. Calor de combustão é a quantidade de calor liberada na queima de uma unidade de massa do 
combustível. O calor de combustão do gás de cozinha (GLP) é 6000 kcal/kg. Aproximadamente quantos 
litros de água, em temperatura de 20°C, podem ser aquecidos até a temperatura de 100°C com um bujão 
de gás de 13 kg? Adote: calor específico da água cágua = 1,0 cal/g°C e densidade água = 1 kg/L. 
2. Num calorímetro, de capacidade térmica desprezível, que contém 60 gramas de gelo na temperatura de 
0°C, injeta-se vapor d’água (100°C), ambos sob pressão normal. Quando se estabelece o equilíbrio térmico, 
há apenas 45 g de água no calorímetro. O calor de fusão do gelo é 80 cal/g, o calor de condensação do 
vapor d’água é 540 cal/g e o calor específico da água é 1,0 cal/g°C. Calcule a massa do vapor d’água 
injetado. 
3. Tem-se uma barra cilíndrica de comprimento L = 50 cm e base com área S = 10 cm². Uma de suas bases 
(A) é mantida em temperatura constante Ta = 100°C e a outra (B) é mantida em contato com uma mistura 
de água e gelo em temperatura Tb = 0°C. A quantidade Q de calorias que passa de A para B em função do 
tempo t é dada pela expressão: Q = 0,5.(Ta – Tb).S.t / L, onde t é medido em segundos. Nessas condições 
calcule: 
a) a quantidade de calor que passa em 1 segundo; 
b) quantos gramas de gelo derretem-se em 40 segundos. 
4. Determine a fase ou as fases de um sistema constituído de H2O para as seguintes condições: 
a) P = 500 kPa; T = 151,86ºC 
b) P = 500 kPa; T = 200ºC 
c) T = 80ºC; P = 5 MPa 
d) T = 160ºC, P = 480 kPa 
5. Dois mil quilos de água, inicialmente um líquido saturado a 150ºC, são aquecidos em um tanque rígido 
fechado, para um estado final onde a pressão é 5 MPa. Determine a temperatura final, em ºC, o volume do 
tanque, em m3. 
(R: 152,7ºC; 2,18 m3) 
6. Cinco quilogramas de água estão acondicionados em um tanque rígido fechado, para um estado inicial 
de 2000 kPa e um título de 50%. Ocorre transferência de calor até que o tanque contenha apenas vapor 
saturado. Determine o volume do tanque, em m3, e a pressão final em kPa. 
(R: 3957 kPa; 0,252 m3) 
7. Considere 5 kg de vapor d'água contidos dentro de um conjunto pistão-cilindro. O vapor passa por uma 
expansão a partir do estado "1", onde a sua energia específica interna é u1 = 2709,9 kJ/Kg, até o estado "2" 
onde passa para u2 = 2659,6 kJ/Kg. Durante o processo ocorre transferência de 80 kJ de energia na forma 
de calor, para o vapor. Ocorre também a transferência de 18,5 kJ na forma de trabalho, através de uma 
hélice. Determine o trabalho realizado pelo vapor sobre o pistão, durante o processo. Forneça o resultado 
em kJ. 
8. Um conjunto cilindro-pistão utilizados num sistema hidráulico (vide figura). O diâmetro do cilindro D = 0,1 
m e a massa do conjunto pistão-haste é de 25 kg. O diâmetro da haste d = 0,01 m a pressão atmosférica 
(P0) = 101 kPa. Sabendo que o conjunto cilindro-pistão está em equilíbrio e que a pressão no fluido 
hidráulico é de 250 kPa, determine o módulo da forca que é exercido na direção vertical e no sentido 
descendente, sobre a haste. Dica: considere o sistema em equilíbrio estático e as forças atuam na vertical. 
(R.: F = 932,9 N) 
9. O tanque esférico (vide figura) apresenta diâmetro igual a 7,5 m sendo utilizado para armazenar fluidos. 
Determinar a pressão no fundo do tanque considerando que: 
a) O tanque contém gasolina líquida a 25ºC e a pressão na superfície líquida de 101 kPa (ρgasolina = 750 
kg/m3) (R.: Pfundo = 156 kPa); 
b) O fluido especial armazenado no tanque tem pressão na superfície livre do líquido 1 MPa (ρespecial = 1206 
kg/m3) (R.: Pfundo = 1089 kPa). 
10. Considere como sistema o gás contido no conjunto cilindro-êmbolo (vide figura), vários pesos pequenos 
estão colocados sobre o êmbolo. A pressão inicial é igual a 200 kPa e o volume inicial do gás é de 0,04 m3. 
Calcule o trabalho realizado pelo sistema nos seguintes processos: 
a) Calor é fornecido ao sistema mantendo a pressão constante, e o volume do gás aumenta de 0,1 m3 (R.: 
1W2 = 12 kJ); 
b) Calor é fornecido ao sistema mas se removendo os pesos do cilindro, a temperatura do gás é mantida 
constante. Assumindo o modelo de gás perfeito (R.: 1W2 = 7,33 kJ); 
c) O mesmo processo que (b), porém assumindo que PV1,3 = constante (R.: 1W2 = 6,41 kJ); 
d) O êmbolo é preso por meio de um pino, além disso, o calor é transferido até que a pressão caia a 100 
kPa (R.: 1W2 = 0 kJ). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
11. Um conjunto cilindro-pistão, com área de seção 
transversal A1 = 0,01 m2, está conectado, por meio de um 
sistema hidráulico, a outro conjunto cilindro-pistão, com 
área de seção transversal A2 = 0,05 m2. A massa 
específica do fluido hidráulico é d = 900 kg/m3 e a 
superfície inferior do pistão de maior diâmetro está 
posicionada à 6 m acima do eixo do pistão de menor 
diâmetro. Admitindo que a pressão atmosférica P0 = 100 
kPa e que a força líquida atuante no pistão de menor 
diâmetro é de 25 kN, determine o módulo de força que 
atua no pistão de maior diâmetro. (R.: F2 = 122,4 kN) 
 
12. Considere uma pedra de massa 10 kg e um tanque que contém 100 kg de água. Inicialmente a pedra 
está 10,2 m acima da água e ambas estão à mesma temperatura (estado 1). A pedra cai dentro da água. 
Admitido que a aceleração da gravidade é 9,80665 m/s2, determinar ΔU, ΔEC, ΔEP, Q e W, para os 
seguintes estados finais: 
a) a pedra inicialmente antes de penetrar na água (estado 2) (R.: 1Q2 = 1W2 = ΔU = 0, ΔEP = – ΔEC = – 1 
kJ); 
b) a pedra acabou de entrar em repouso no tanque (estado 3) (R.: 2Q3 = 2W3 = ΔEP = 0, ΔU = – ΔEC = – 1 
kJ); 
c) o calor foi transferido para o ambiente de modo que a pedra e a água apresentam temperaturas 
uniformes e iguais à temperatura inicial (estado 4) (R.: ΔEP = ΔEC = 3W4 = 0, 3Q4 = ΔU = – 1 kJ). 
13. Amônia é armazenada em um tanque com volume de 0,21 m3. Determine a massa, em kg, assumindo 
líquido saturado a 20ºC. Qual é a pressão em kPa. 
(R: 128,2 kg; 857 kPa) 
14. Calcule o volume, em m3, ocupado por 2 kg de uma mistura líquido-vapor de R134a à – 10ºC com título 
de 80%. 
(R: 0,159 m3) 
15. Vapor de água é aquecido em um tanque rígido fechado de vapor saturado a 160ºC a uma temperatura 
final de 400ºC. Determine as pressões inicial e final em kPa. 
(R: P1 = 617,8 kPa; P2 = 998,4 kPa) 
16. Determine o título da mistura bifásica líquido-vapor de: 
a) H2O a 100ºC com volume especifico de 0,8 m3/kg. (R. 0,477) 
b) R134a a 0ºC com um volume especifico de 0,066 m3/kg (R. 0,953) 
17. Um porta-aviões utiliza uma catapulta movida a vapor d'água para ajudar a decolagem de aviões. A 
catapulta deste porta-aviões pode ser modelada como um conjunto cilindro-pistão que apresenta pressão 
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Ex. 9 
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média durante a operação igual a 1250 kPa. Admita que um avião, com massa de 17500 kg, deve ser 
acelerado do repouso até 30 m/s. Determine o volume interno do conjunto cilindro-pistão necessário para 
esta operação sabendo que a catapulta fornece 30% da energia necessária para a decolagem. 
18. Um vaso rígido contém 0,75 kg de água. Inicialmente, a temperatura e a pressão são iguais a 300°C e 
1200 kPa. A água é então resfriada até que a pressão atinja 300 kPa. Determine a temperatura no estado 
final do processo, o trabalho realizado e o calor transferido no processo descrito. 
19. Para os valores de água indicados na tabela, determine qual fase se encontra cada ponto e se possível 
indique sua qualidade. Expresse os pontos num diagrama de T (ºC) – v (m3/kg). 
 
20. Um centro de pesquisas está projetando um tanque cúbico para armazenar 4,76 kg de uma mistura 
saturada de líquido-vapor a 169,6ºC com um título de 85% ecujo 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 kW. 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, quais serão a altura do tanque e o tempo 
do processo. 
Simplificação para alguns processos 
Isocórico Isobárico Politrópico (*reversível) Adiabático 
(V = cte, W = 0) (P = cte) (PVn = cte) (Q = 0) 
 
 
 (reversível) 
 
h = u + pv 
(entalpia específica) 
 
 
n = 0, p = cte (P1V10=P2V20) 
n = 1, T = cte (P1V11=P2V21) 
n = ∞, v = cte (P1V1n=P2V2n) 
 
n = 1, 
 
 
n ≠ 1, 
 
 
dQ = 0, s = cte, ds = 0 
 
Isotérmico 
(T = cte) 
 
 
 
T = cte, 
 
 
 
Estado T (ºC) P (kPa) v (m3/kg) h (kJ/kg) Fase x 
1 120 1334 
2 350 0,50000 
3 150 0,50000 
4 110 200 
5 200 0,00120 
6 1500 0,17456 
Legenda para a Fase 
LC – Líq. Comprimido 
LS – Líq. Saturado 
SAT – Saturação (L + V) 
VS – Vap. Saturado 
VSA – Vap. Superaquecido 
IN – Informação Insuficiente