LISTADEEXERCCIOS propriedades caloretrabalho USJT

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LISTA DE EXERCÍCIOS – USJT 
 
 
Propriedades Termodinâmicas 
 
LEMBRE-SE QUE AS LISTAS SÃO APENAS PARA COMPLEMENTAR 
OS ESTUDOS, SABER OS CONCEITOS ENVOLVIDOS E RESOLUÇÕES 
DE EXERCÍCIOS DO LIVRO É FUNDAMENTAL 
 
Use 1kgf = 10 N; 1 ata = 100 kPa e 1 kcal = 4,184 kJ 
 
1) O cilindro da figura contém vapor saturado seco, ocupando um volume 
 inicial de 0,625 m
3
 . Retirando calor do sistema, o pistão se desloca 1,5m até o volume interno seja 
reduzido para 0,25m
3
 . Pede-se: 
a) Calcular a leitura registrada pelo manômetro da figura em Kgf/cm
2
 , sabendo que o peso da carga junto 
 com o pistão é 10. 000 kgf.(4Kgf/cm
2
 ) 
b)Sabendo que a pressão atmosférica local é de 1,0 kgf/cm
2
, calcular a massa de vapor 
 saturado seco no inicio do processo(1,638 Kg) 
 
2) O pistão da figura de 100 cm
2
 e peso desprezível, contém carga G0 de 100 Kgf. 
Dentro do cilindro encontra-se uma mistura de líquido e vapor de água com 98,2% de título, ocupando um volume 
de 1,2 m
3
. A carga é aumentada lentamente, até atingir 400 Kgf e o pistão se desloca para baixo, sem atrito 
 e sem troca de calor. Dados:Pressão atmosférica local: 1,0 Kgf/cm
2
 
Calcular: a) Estado final do vapor, definido pela pressão e temperatura.(5 ata e 190
0
C) 
b) Volume interno do cilindro no estado final.(0,5737 m
3
) 
 
3) Uma caldeira de volume constante contém uma mistura de liquido e vapor 
de água sujeita à pressão constante de 40 ata. A caldeira recebe uma massa de 500 kg de liquido saturado 
 e produz 1.000 kg de vapor saturado, na mesma pressão. Conhecendo o volume interno total da 
caldeira VT = 5,07m
3
 e o volume ocupado pela fase líquida VL0 = 1,2m
3
 na etapa inicial, pede-se: 
a) Calcular a massa total (liquido e vapor) que se encontra dentro da caldeira depois 
das trocas de massa (instante final). (576,33Kg) 
b) Massas de líquido e de vapor que se encontram dentro da caldeira, no instante final do 
 processo. (487,9Kg e 88,5Kg) 
 
 
4) O tanque da figura contém 0,093kg de vapor de água. O pistão de peso 
desprezível tem D=0,159m ,suporta uma carga de peso G, na altura z=2,45m. Pressão manométrica 
de 4Kgf/cm
2
 .Calcular: 
a) O peso G da carga(794Kgf) b) A temperatura do vapor(290
0
C) 
 
5) ).Um quilograma de água encontra-se inicialmente na pressão P0= 10 ata, no estado liquido saturado e sofre as seguintes 
transformações:1) Expansão em uma válvula isoentalpica até a pressão P1=4 ata. 2) Expansão com volume constante até a pressão 
P2=2 ata. Representar as transformações no diagrama txs e calcular: 
a) Título do vapor no estado 1(x = 7,37%) b) Título do vapor no estado 2(x = 3,85%) 
 
6) Identifique no diagrama P – v os seguintes estados, caracterizando quatro propriedades 
termodinâmicas (tabeladas – selecionar valores diretamente). 
a-) (0,5 pto) Amônia, T = 40 ºC e v = 0,9 m
3
/kg. 
b-) (1,0 pto) Água, x = 70% e p = 280 kPa. 
c-) (1,0 pto) Amônia, p = 429,6 kPa e T = 15 ºC. 
d -) (1,0 pto) Água, p = 150 kPa e massa de 1,5 kg com volume de 800 litros. 
 
 
7) Um cilindro, fechado por meio de um pistão, contém 2,53 Kg vapor de água na pressão inicial de 5,0 ata, ocupando o volume de 
1,2m³. O pistão é forçado para baixo, comprimindo o vapor até a pressão de 10,0 ata em um processo isoentrópico.. Energia interna 
do vapor no início do processo: u0= 646,1 Kcal/Kg . Calcular: 
a) Temperatura do vapor no estado inicial 
b) Temperatura e energia interna do vapor no final do processo. 
c) Trabalho resultante da compressão, em Kcal. 
 
8) Um tanque fechado tem o volume de 1,6 m 3 e contém uma mistura de líquido 
e vapor de água na pressão de 36 ata. Sabendo que a massa de vapor saturado seco é de 25,17 kg, pede-se: 
a) Calcular o título da mistura.(14,5%) b) Calcular a energia interna especifica da mistura. (304Kcal/Kg) 
 
9) P1-2sem09-diurno (2,5pts)..O pistão com a carga da figura apresenta um peso total de 9500 kgf e sofrem um 
deslocamento para cima de 1,8m, devido á entrada de calor.Sabendo que o volume inicial interno do 
cilindro é de 0,926m
3
 e que no final, resta somente vapor de água saturado seco dentro do cilindro, pede-se: 
a) a massa de vapor no estado final. (10Kg) 
b)Trabalho total realizado pela expansão do vapor dentro do cilindro. (Wtotal=18.000 kgf .m) 
 
 
Dados: a pressão atmosférica= 1 kgf/cm². e a área do pistão é de 0,05m
2
. 
 
10) O pistão com a carga da figura apresenta um peso total de 9500 kgf e sofrem 
um deslocamento para baixo devido à retirada do calor. Sabendo que no inicio do processo o cilindro contém 10 kg 
de vapor saturado seco, e que no final resulta uma mistura com 91% de título. 
 Dados:Pressão atmosférica local: 1,0 kgf/cm
2
 e Área do Pistão: 0,05 m
2
 
a) Calcular a distância percorrida pelo pistão.(1,8m) 
 
b) Trabalho total realizado pela retração do vapor dentro do cilindro. (Wtotal=18.000 kgf .m) 
 
 
11) Um tanque fechado de volume constante igual a 1,25m
3
, contém 200 kg de uma mistura de líquido e vapor de água sujeita á 
pressão inicial de P= 5 ata. Calcular: 
a) Título da mistura. (x = 1,35%) 
Em seguida, a mistura recebe calor de uma fonte externa e a pressão se eleva para 35 ata. 
 Nestas condições calcular: b) Título final da mistura. (x = 8,86%) 
c)A quantidade de massa que foi vaporizada. (m vapori. = 15,02 kg) 
 
 
12) Um cilindro contém vapor saturado seco na pressão de 15ata. O cilindro 
recebe calor e com isso o pistão sobe, até uma altura de 1,6m em relação a sua condição inicial(estado final). 
Sabendo que dentro do tanque temos uma massa de 3kg e que a área do pistão vale 100cm
2
, determine: 
a)O peso do pistão(desconsidere o peso da carga)(1.404kgf) 
b)O trabalho necessário para levantar o pistão(desconsidere o peso da carga)(2.246,4kgf.m) 
c)A temperatura do vapor na condição final(210ºC) 
Dado: Pressão atmosférica = 0,96 ata 
 
13) O cilindro da figura contém um quilograma de uma mistura de líquido e vapor 
de água com título de 5%. O peso do pistão e da carga é de 1500 Kgf e a área do pistão de 500 cm². Uma 
fonte externa fornece calor, provocando o movimento do pistão e o aumento do título para 10%. Sabendo 
que a pressão atmosférica local é de 1,0 Kgf/cm² (abs) e que a pressão interna permanece constante, 
calcular o deslocamento Δz do pistão que corre durante o processo. (47cm) 
 
14) O cilindro da figura contém 12,4 kg de uma mistura (líquido + vapor) , 
 na pressão de 2,5ata.Nesta situação, a altura que o pistão se encontra é de 45cm. O sistema recebe 
calor e o pistão se movimenta para cima até que o título seja de 2,68%,mantendo a pressão constante. 
 Sabendo que a pressão atmosférica é 0,95 ata e que o diâmetro do pistão é de 55cm, pede-se: 
a) Calcular o trabalho total realizado pela expansão (W = 3.736kgf.m ) 
b)Peso da carga .Desprezar o peso do pistão. (G=3.682,5kgf) 
 
15) O cilindro da figura contém vapor de água superaquecido na pressão de 4 ata e 
temperatura de 250ºC, ocupando um volume inicial de 2,4 m
3
. O peso da carga e pistão juntos é de 520 kg 
e a pressão atmosférica local mede 0,92 ata. O vapor recebe calor e sua temperatura eleva-se para 440°C, 
mantendo-se a pressão constante. Calcular: a)Diâmetro do pistão.(14,7cm) 
b)Trabalho total realizado pela expansão do vapor.(36.119Kgf.m) 
c)Trabalho utilizado para levantar a carga do pistão.(27,811Kgf.m) 
 
16) O cilindro da figura contém uma mistura de líquido e vapor de água na pressão 
 inicial de 4,5ata, com título de 18%, sendo o volume total V1=1,2m
3
 . O sistema recebe calor e o pistão sobe 
mantendo a pressão interna constante, até encostar nos limitadores , onde o volume é V2=1,5m
3
 . 
A partir deste instante, a pressão começa a subir devido ao fornecimento de calor com volumeconstante, 
até atingir uma pressão final de 9 ata.Representar o diagrama txs das transformações e calcular: 
a) Massa total de líquido e vapor que se encontra dentro do cilindro na situação inicial.(15,64Kg) 
b)Título da mistura no estado 2 (22,56%) 
c) Massa de vapor que se encontra dentro do cilindro na situação final 3(6,8Kg) 
 
17) Um cilindro fechado com pistão tem um volume inicial de 2,5m³, contém 500 kg de uma mistura de líquido e vapor de água sujeita 
á pressão inicial de P1= 12 ata. Deslocando-se o pistão para cima sem atrito e sem troca de calor, a pressão interna sofre uma 
redução para P2= 6,0 ata. Em seguida retira-se calor da mistura, sem variação de volume e a pressão sofre uma redução para P3= 
3,0 ata. Esboçar as transformações no diagrama txs e calcular: 
a)A entropia no estado inicial (S1=0,5514 Kcal/kgK). b) Volume específico no estado intermediário (v2=0,0267m³/kg). 
c) Entalpia no estado final (h3=154,9 Kcal/kg) 
 
18) O cilindro da figura tem um volume inicial de 0,34m³ e contém 128 kg de uma mistura 
(líquido + vapor) de água a pressão de 12 ata. Sabendo que a pressão atmosférica= 0,95 kgf/cm². 
a) Peso da carga sobre o pistão que tem 60 cm de diâmetro. Desprezar o peso do pistão. (G=31.227kgf) 
b) O sistema recebe calor e o pistão se movimenta para V= 0,64m³ sem alterar a pressão de vapor.Calcular a 
massa de vapor que se encontra no cilindro no final deste processo. (m Vapor(2) = 3,02kg) 
c)Calcular o trabalho realizado para o levantamento da carga e o trabalho Necessário para 
superar a pressão atmosférica.(WG = 33.150kgf.m ;W atm. = 2.850kgf.m) 
 
 
 
 
 
 
 
 
19) Um quilograma de uma mistura de líquido e vapor de água sujeita ao estado inicial definida pela pressão p1=12ata e pelo título 
de 30%, sofre as seguintes transformações:Expansão sem atrito e sem troca de calor até a pressão p2=6ata; Expansão em uma 
válvula com entalpia constante até a pressão p3 =3ata; Evaporação a pressão constante até a situação de vapor saturado seco; 
Compressão com entropia constante até a pressão p4=40 ata. aRepresentar no diagrama (txs) 
b) Calcular a entalpia no estado 2, o volume específico no estado 3 e a temperatura no estado final 5. (321,9Kcal/Kg 
;0,2252m
3
/h;470
0
C) c) título no estado 2 e 3 (32,6% e 36,4%) 
 
20) Uma mistura de liquido e vapor de água se encontra dentro de um tanque fechado de volume constante, sob pressão de 40 
Kgf/cm
2
, ocupando um volume total de 0,8m
3
 , sendo 20% deste volume constituído pela fase liquida.O tanque não contem isolante 
térmico e, desta forma, verifica-se a perda de calor e, consequentemente, a pressão é reduzida para 0,9 Kgf/cm
2
. 
1- Título da mistura no estado inicial. (x 1 = 8,7%) 2- Volume especifico da mistura no estado inicial (v 1 =0,0055m³/ kg) 
3- A quantidade de vapor que se condensa durante o resfriamento da mistura. (m conden. = 12,35 kg) 
 
21) Um cilindro é fechado por meio de um pistão de 30 Kgf, que suporta uma carga de 520 Kgf. 
Dentro do cilindro encontra-se uma mistura de líquido e de vapor de água na temperatura de 256,23°C . 
Sabendo que a pressão atmosférica local é de 0,95 Kgf/cm², calcular o diâmetro do pistão . (4cm) 
 
22) -Um cilindro contém 5 kg de uma mistura de líquido e vapor de água que ocupa um volume de 7,5 m ³ quando sujeito a uma 
pressão de 1 ata. Por efeito de uma força externa, o êmbolo é movimentado para baixo sem atrito e adiabaticamente até que a 
pressão interna se eleve para 10 ata. Em seguida, retira-se calor provocando a condensação do vapor até reduzir o título a 
20%.Determine:1- O volume específico, o título, a entropia do estado inicial. (1,5m³/kg, X1=86,9 %, 1,568Kcal/kgK). 
2- O título e o volume no estado intermediário (X2=99,4%, V2=0,9840m³). 
3- O volume no estado final (V3=0,20m³). 4- O gráfico T; s 
 
 
23) O cilindro da figura está fechado com um pistão e uma carga, cujo peso total é G= 450 kgf. Nessas condições, 
 a pressão de uma mistura de líquido e de vapor de água que se encontra dentro do cilindro é de 3,5 kgf/ cm² (abs). 
A mistura recebe calor e sofre uma expansão, sem alterar a sua pressão, passando de um volume inicial de 
108 litros para 160 litros. Sabendo que o título da mistura na situação inicial é 16% e que a pressão 
atmosférica local é de 1,02 kgf/ cm², calcular : a)Área do pistão. (Ap = 181,45 cm²) 
b) Deslocamento do pistão, que ocorreu durante o processo. (∆z = 2,87m) 
c)A massa de água que foi vaporizada durante o processo. 
 
 
24) (3,5 pontos) Inicialmente, o conjunto cilindro – pistão mostrado na figura contem 1 litro (V1) de 
água a 105 ºC (T1) e com título igual a 75% (x1). O conjunto é aquecido e o pistão se 
movimenta e encontra uma mola linear. O volume interno do conjunto é 1,5 litros nessa instante 
(V2). O aquecimento continua até que a pressão atinja 210 kPa (P3). Sabendo que o diâmetro 
do pistão é de 180 mm e que a constante elástica da mola é 100 N/mm, calcule a temperatura 
da água no final do processo (T3). Dado: P3 = P2 + (k/Ap
2
).m.(v3-v2) 
(sendo para esta equação k em kN/m, Ap em m
2
 , P em kPa e v em m
3
/kg) 
 
 
25) O sistema ao lado se encontra em equilíbrio. No estado inicial a altura da base do cilindro em relação 
 ao êmbolo é e 2 m e ainda, dentro do cilindro temos uma mistura com título de 30% na temperatura de 232,8°C. 
O sistema recebe calor de uma fonte externa até sua temperatura chegar a 400°C. Sabendo que o diâmetro 
do cilindro é de 50 cm, determine: 1-A entalpia o volume específico e a energia interna do estado inicial e 
final, e a massa de água dentro do cilindro.( 0,02124 m³/kg ui = 353,77kcal/kg ; v F =0,1013m³/kg ; 
u F =700,5kcal/kg ; m = 18,48 kg). 
2- A altura do êmbolo depois do aquecimento (em relação à base do cilindro). (Z F = 9,55 m) 
 
 
26) Extra5-Um tanque fechado de volume constante contém 150 kg de líquido saturado e 1.2m³ de vapor saturado seco, ambos 
sujeitos a pressão de 26 ata. Calcular: 1- Título da mistura. (x 1 = 9.25%) 2- Volume especifico da mistura (v 1 =0,00834m³/ kg) 
 Em seguida, a mistura recebe calor de uma fonte externa e a pressão se eleva para 40 ata. 
Nestas condições calcular: 3- Título da mistura. (x 2 = 14,02%) 
4- A quantidade de massa que foi vaporizada. (m vapori. = 7,8 kg)