1ra Lista de ExercÃ_cios - (b) Primeira Lei

Prévia do material em texto

Primeira Lista de Exercícios (segunda parte)
Termodinâmica Química Aplicada I
Prof. Pedro Arce
SUGESTÕES
1. NOS SEGUINTES EXERCÍCIOS, VOCÊS DEVERÃO APLICAR OS
CRITÉRIOS LÓGICOS USADOS NAS AULAS. NO CASO QUE VOCÊS
ACHAREM QUE ALGUM EXERCÍCIO NÃO TEM SOLUÇÃO COM OS
DADOS APRESENTADOS, FORNECER AS EXPLICAÇÕES PARA QUE O
EXERCÍCIO POSSA SER RESOLVIDO.
2. ALGUNS EXERCÍCIOS ESTÃO RELACIONADOS AO AR. AS TABELAS DE
PROPRIEDADES TERMODINÂMICAS DO AR PODEM BAIXAR DE
MINHA ÁREA.
3. NÃO ESQUECER DE TRABALHAR EM FORMA ORDENADA E USAR
SEMPRE AS UNIDADES.
Primeira Lei da Termodinâmica
1. 4,0 kg de vapor a 4,0 MPa ocupa um volume de 0,2354 m3. Através de
um processo isotérmico, transfere-se calor até que h = 2100,0 kJ/kg.
Calcular, a) a mudança de energia interna e, b) o calor transferido.
2. 0,085 m3 de vapor a 0,7 MPa e titulo de 85% são resfriados num
recipiente rígido até que a pressão diminui até 0,4 MPa. Determinar a)
o título final e b) o calor trocado com as vizinhanças.
3. O radiador de um sistema de calefação tem um volume de 0,54 m3 e
contem vapor saturado a 0,2 MPa. Depois de fechar a válvula do
radiador e como resultado da transferência de calor às vizinhanças, a
pressão desce até 0,1 MPa. Calcular o calor transferido.
4. Um tanque rígido de 0,3 m3 contém inicialmente uma mistura
saturada de líquido e vapor de água a 150,0 °C. Em seguida, água é
aquecida até atingir o estado crítico. Quanta energia (calor) foi
adicionada?
5. Um arranjo pistão-cilindro contém 0,1 m3 de água líquida e 0,9 m3 de
vapor de água a 800,0 kPa. Calor é transferido a pressão constante até
que a temperatura atinja 350 °C. Qual a energia (calor) foi transferida?
6. Um conjunto cilindro-pistão contém inicialmente água a 4,0 MPa e 500
°C. A água é esfriada a volume constante até 200 °C, logo é
comprimido isotermicamente até uma pressão final de 2,5 MPa. Fazer
um esboço do processo em um diagrama Tv e encontrar: a) o volume
específico nos 3 estados, b) o calor retirado no processo a volume
constante e c) o trabalho necessário no processo de compressão.
7. Um arranjo pistão-cilindro contém 0,8 kg de vapor de água a 300,0°C e
1,0 MPa. O vapor é resfriado a pressão constante até que a metade da
massa condense. Quanta energia (calor) foi retirada do vapor?
8. Uma panela de pressão (recipiente fechado) contém água a 100 ⁰C e o
volume do líquido é 1/10 do volume do vapor. A panela é aquecida até que
a pressão atingir 2,0 MPa. Determinar: (a) a temperatura final, (b) o estado
final terá mais ou menos vapor que o estado inicial? Responder
numericamente. (c) o calor adicionado
9. Uma bomba aumenta a pressão da água, correspondente a 70,0 kPa
na entrada para 700,0 kPa na saída. A água entra nessa bomba a
15,0°C por uma abertura de 1,0 cm de diâmetro e sai por uma
abertura de 1,5 cm de diâmetro. Determine a velocidade da água na
entrada e na saída, quando a vazão mássica na saída da bomba estiver
a 0,5 kg/s. Essas velocidades mudarão significativamente caso a
temperatura de entrada seja elevada para 40,0°C?
10. Um arranjo pistão-cilindro contém inicialmente vapor de água a 3,5
MPa, com um superaquecimento de 5°C . O vapor perde calor para a
vizinhança e o pistão desce, atingindo os batentes. Nesse ponto, o
cilindro contém apenas líquido saturado. O resfriamento continua até
que o cilindro contenha água a 200°C. Determinar o calor perdido pelo
vapor.
11. Um arranjo pistão-cilindro vertical isolado contém 10,0 kg de água,
dos quais 6,0 kg estão na fase vapor. A massa do pistão é tal que
mantém uma pressão constante de 200,0 kPa dentro do cilindro.
Vapor a 0,5 MPa e 350,0 °C de uma linha de alimentação entra no
cilindro até que todo o líquido do cilindro seja vaporizado. Determine:
a) a temperatura final no cilindro, b) a massa do vapor que entrou.
12. O ventilador em um computador pessoal extrai 0,0142 m3/s de ar a
1,0 bar e 21,0 °C pela caixa que contém a CPU e outros componentes.
O ar sai a 1,0 bar e 27,0°C. Calcule a potência elétrica, em kW,
dissipada pelos componentes do PC.
13. Vapor a 5,0 MPa e 500,0 °C entra em regime permanente em um bocal
adiabático com velocidade de 50,0 m/s e sai a 3,0 MPa e 500,0 m/s.
determine (a) a temperatura de saída , (b) a relação entre a área de
entrada e de saída A1/A2.
14. Vapor entra em uma turbina a vapor a uma pressão de 12,0 MPa e
580°C com velocidade de 60 m/s e deixa a turbina à 25kPa com título
de 0.95. Uma perda de calor de 25,0 kJ/kg ocorre durante o processo.
A área de entrada da turbina é de 100 cm2 e a de saída é de 1600 cm2.
Nessas condições determine: (a) o fluxo de massa de vapor (b) a
velocidade de saída (c) a potência gerada pela turbina.
15. Um compressor de ar adiabático deve ser acionado por acoplamento
direto com uma turbina a vapor adiabática que também está
acionando um gerador. O vapor de água entra na turbina a 12,5 MPa e
500,0°C a uma taxa de 25,0 kg/s e sai a 10,0 kPa e título de 0,92. O ar
entra a 98,0 kPa e 295,0 K a uma taxa de 10.0 kg/s e sai a 1,0 MPa e
620,0 K. Determine a potência líquida fornecida ao gerador pela
turbina.
16. Uma unidade de troca de calor com água gelada é projetada pra esfriar 5,0
m3/s de ar inicialmente a 100,0 kPa e 30,0 °C até 100,0 kPa e 18,0 °C,
usando água a 8,0 °C. Determine a temperatura máxima de saída da água,
considerando a vazão mássica da água equivalente a 2,0 kg/s.
17. Numa planta de energia, a água entra na câmara de evaporação (uma
válvula de estrangulamento ou válvula de expansão) a 230,0°C como
líquido saturado a uma taxa de 50,0 kg/s. O vapor resultante do processo
de evaporação instantânea entre numa turbina e sai a 20,0 kPa com um
conteúdo de umidade de 5,0 %. Determine (a) a temperatura do vapor
depois do processo de evaporação instantânea, (b) a potência gerada pela
turbina se a pressão do vapor na saída da câmara de evaporação é 500,0
kPa.
18. Um cilindro isolado de 0,06 m3 contém um pistão (de volume desprezível)
como se mostra na figura. O pistão está inicialmente no extremo esquerdo
do cilindro que contém ar a 1,0 atm. A válvula é aberta e o vapor entra no
cilindro provocando que o pistão se mexa à direita. Quando o pistão bate
pela primeira vez no extremo direito do cilindro a válvula é fechada, e
nesse momento foi realizado um trabalho de eixo de 46,0 kJ e o cilindro
contém 0,23 kg de vapor. Qual a pressão do vapor no cilindro
(considerar que não existe atrito entre o pistão e o cilindro)
Nota : Wneto = Weixo + Watm, onde Watm = Patm*Vcilindro
Fator de conversão : 1 atm. m3 = 101,32 kJ