Lista 04 Termodyn

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - INSTITUTO DE TECNOLOGIA 
FACULDADE DE ENGENHARIA NAVAL 
 
TERMODINÂMICA BÁSICA – PROFESSOR Dr. SAID MOUNSIF (smounsif@ufpa.br) 
 
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4ª LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
Exercício 1 – Um tanque rígido contém ar a 500 kPa 1 
150°C. Como resultado da transferência de calor para 
a vizinhança, a temperatura e a pressão interna do 
tanque caem para 65°C e 400 kPa, respectivamente. 
Determine o trabalho de fronteira realizado durante 
esse processo. 
Exercício 2 – Um arranjo pistão-cilindro contém 
inicialmente 0,4 m³ de ar a 100 kPa e 80°C. O ar é 
então comprimido até 0,1 m³ de tal maneira que a 
temperatura dentro do cilindro permanece constante. 
Determine o trabalho realizado durante esse 
processo. 
 
Exercício 3 – Um arranjo pistão-cilindro contém 0,05 
m³ de um gás, inicialmente a 200 kPa. Nesse estado, 
uma mola linear com constante de mola igual a 150 
kN/m está tocando o pistão, mas sem exercer 
qualquer força sobre ele. Em seguida, calor é 
transferido para o gás, fazendo com que o pistão se 
desloque para cima e comprima a mola até dobrar o 
volume dentro do cilindro. Se a seção transversal do 
pistão for de 0,25 m², determine (a) a pressão final 
dentro do cilindro, (b) o trabalho total realizado pelo 
gás e (c) a parcela desse trabalho realizado contra a 
mola para comprimi-la. 
Exercício 4 – Um arranjo pistão-cilindro contém 25 g 
de vapor d’água saturado, mantido a pressão 
constante de 300 kPa. Um aquecedor a resistência 
dentro do cilindro é ligado e circula uma corrente de 
0,2 A por 5min a partir de uma fonte de 120 V. Ao 
mesmo tempo, ocorre uma perda de calor de 3,7kJ. 
(a) Mostre que para um sistema fechado o trabalho 
de fronteira Wb e a variação da energia interna ΔU na 
equação da Primeira Lei podem ser combinados em 
um único termo, ΔH, para um processo a pressão 
constante. (b) Determine a temperatura final do valor. 
 
Exercício 5 – Uma partição divide um tanque rígido 
em duas partes iguais. Inicialmente, um lado do 
tanque contém 5 kg de água a 200 kPa e 25°C, e o 
outro lado está evacuado. A partição é, então, 
removida e a água se expande ocupando todo o 
tanque. Suponha que a água troque calor com a 
vizinhança até que a temperatura no tanque retorne 
ao valor inicial de 25°C. Determine (a) o volume do 
tanque, (b) a pressão final e (c) a transferência de 
calor ocorrida no processo. 
 
Exercício 6 – Ar a 300 K e 200 kPa é aquecido a pressão constante até 600K. Determine a variação da energia interna 
do ar por unidade de massa, usando (a) dados da tabela de ar (Tabela A – 17), (b) a forma funcional do calor 
específico (Tabela A – 2c) e (c) o valor médio do calor específico (Tabela A – 2b). 
Exercício 7 – Um arranjo pistão-cilindro contém inicialmente 0,5 m³ de gás nitrogênio a 400 kPa e 27°C. Um 
aquecedor resistivo elétrico dentro do dispositivo é ligado e passa a circular uma corrente de 2 A por 5min a partir 
de uma fonte de 120 V. O nitrogênio se expande a pressão constante e uma perda de calor e uma perda de calor de 
2800 J ocorre durante o processo. Determine a temperatura final do nitrogênio. 
 
 
 
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Exercício 8 – Um arranjo pistão-cilindro contém inicialmente ar a 150 K e 27°C. Nesse estado, o pistão repousa sobre 
um par de batentes, conforme mostra a figura ao lado, e o volume confinado é de 400 l. A massa do pistão é tal que 
´q necessária uma pressão de 350 kPa para movê-lo. O ar é então aquecido até que seu volume dobre. Determine (a) 
a temperatura final, (b) o trabalho realizado pelo ar e (c) o calor total transferido para o ar. 
 
Exercício 9 – Determine a entalpia da água líquida a 
100 °C e 15 Mpa (a) usando as tabelas de líquido 
comprimido e (b) aproximando-a como um líquido 
saturado. 
Exercício 10 – Um bloco de ferro de 50 kg e a 80 °C é 
mergulhado em um tanque termicamente isolado que 
contém 0,5 m³ de água líquida a 25 °C. Determine a 
temperatura quando o equilíbrio térmico for atingido. 
 
Exercício 11 – Se você alguma vez deu um tapa ou levou um tapa de alguém, provavelmente se lembra da sensação 
de queimação. Imagine que você viveu a infeliz situação de levar um tapa de uma pessoa enraivecida e isso fez com 
que a temperatura da área da face atingida subisse 1,8 °C. Considerando que a mão que deu o tapa tivesse uma 
massa de 1,2 kg e que cerca de 0,150 kg do tecido da face e da mão foi afetado pelo incidente, calcule a velocidade 
da mão imediatamente antes do impacto. Considere que o calor específico transferido do tecido é de 3,8 kJ/kg . °C. 
Exercício 12 – Um arranjo pistão-cilindro com batentes (figura ao lado) contém inicialmente 0,3 kg de vapor d’água 
1,0 MPa e 400°C. A localização dos batentes corresponde a 60% do volume inicial. O vapor é então resfriado. 
Determine o trabalho de compressão caso o estado final seja (a) 1,0 MPa e 250°C e (b) 500 kPa. (c) Determine 
também a temperatura o estado final no item (b). 
Exercício 13 – Uma massa de 2,4 kg de ar a 150 kPa e 150°C está contido em um arranjo cilindro-pistão bem vedado, 
que não sofre atrito. O ar é então comprimido até a pressão final de 600 kPa. Durante esse processo, calor é 
transferido do ar para o ambiente externo de maneira que a temperatura dentro do cilindro permanece constante. 
Calcule o trabalho realizado sobre o ar nesse processo. 
Exercício 14 – Um arranjo pistão-cilindro contém 50 kg de água a 250 kPa e 25°C. A seção transversal do pistão é de 
0,1 m². Calor é transferido para a água, fazendo com que parte dela se evapore e se expanda. Quando o volume 
atinge 0,2 m³, o pistão encontra uma mola linear cuja constante da mola é 100 kN/m. Mais calor é transferido para a 
água até que o pistão suba mais 20 cm. Determine (a) a pressão e temperatura finais e (b) o trabalho realizado 
durante esse processo. 
Exercício 15 – Um tanque rígido bem isolado contém 5 kg de uma mistura saturada de um líquido e vapor d’água a 
100 kPa. Inicialmente, ¾ da massa estão na fase líquida. Um resistor elétrico colocado no tanque é conectado a uma 
fonte de 110 V e uma corrente de 8 A flui pelo resistor quando o interruptor é ligado. Determine quando tempo 
levará para evaporar todo o líquido do tanque. 
Exercício 16 – Uma partição divide um tanque isolado em duas parte. Uma parte do tanque contém 2,5 kg de água 
líquida comprimida a 60°C e 600 kPa, enquanto a outra parte foi evacuada. A partição é então removida e a água se 
expande para todo o tanque. Determine a temperatura final da água do tanque para uma pressão final de 10 kPa. 
 
 
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Exercício 17 – Um pistão-cilindro isolado contém 5 l de água líquida saturada a uma pressão constante de 175 kPa. A 
água é agitada por uma roda de pás enquanto uma corrente de 8 A flui durante 45 min por um resistor colocado na 
água. Se metade do líquido evaporar durante esse processo a pressão constante e o trabalho da roda de pás for de 
400 kJ, determine a voltagem da fonte. 
Exercício 18 – Um radiador elétrico de 30l contendo óleo de aquecimento é colocado em uma sala de 50 m. Tanto a 
sala como o óleo do radiador estão inicialmente a 10°C. o radiador com uma capacidade nominal de 1,8 kW é então 
ligado. Ao mesmo tempo, calor é perdido pela sala a uma taxa média de 0,35 kJ/s. Depois de algum tempo as 
temperaturas médias são medidas, indicando 20°C para a sala de aula e 50°C para o óleo do radiador. Considerandoa densidade e o calor específico do óleo como sendo 950 kg/m³ e 2,2 kJ/kg . °C, respectivamente, determine por 
quanto tempo o aquecedor foi mantido ligado. Considere que a sala é bem vedada e, portanto, não há vazamento 
de ar. 
Exercício 19 – Determine a variação de entalpia Δh do nitrogênio, em kJ/kg, quando ele é aquecido de 600 para 
1000K. 
Exercício 20 – Em uma instalação fabril, esferas de latão de 5 cm de diâmetro (ρ = 8522 kg/m³ e Cp = 0,385 kJ/kg . 
°C), inicialmente a 120°C, são resfriadas em um banho d’água a 50°C por 2min, a taxa de 100 esferas por minuto. Se 
a temperatura das esferas depois de resfriadas for de 74°C, determine a taxa com a qual o calor precisa ser removido 
da água para manter sua temperatura constante a 50°C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura do Exercício 8 
 
 
Figura do Exercício 12 
 
 
Figura do Exercício 16