Capitulo-02 - Problemas - Anos Impares

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Capítulo 2: Energia e a Primeira Lei da Termodinâmica
Problema 2.26
● O gás dióxido de carbono (CO2) em um 
conjunto cilindro-pistão passa por uma 
expansão, partindo de um estado onde 
p1 = 20 psi, , até um estado onde
p2 = 5 psi e . A relação entre a pressão 
e o volume durante o processo é na 
qual A e B são constantes.
a) Para o CO2, determine o trabalho;
b) Calcula A lbf/in² e B em (lbf/in²)/ft³
∀1 = 0,5 ft³
∀2 = 2,5 ft³
p=A+B∀
 
Capítulo 2: Energia e a Primeira Lei da Termodinâmica
Problema 2.31
● Um conjunto cilindro-pistão orientado horizontalmente contém 
ar aquecido, conforme ilustrado na figura. O ar se resfria 
lentamente de um volume inicial de 0,003 m³ até um volume 
final de 0,002 m³. Durante esse processo, a mola exerce uma 
força que varia linearmente de um valor inicial de 900 N até 
um valor final zero. A pressão atmosférica é de 100 kPa, e a 
área da face do pistão é de 0,018 m². O atrito entre o pistão e a 
parede do cilindro pode ser desprezada.
Determine o trabalho realizado.
 
Capítulo 2: Energia e a Primeira Lei da Termodinâmica
Problema 2.45
● Conforme ilustrado na Figura, a parede de um forno é 
composta por uma camada de aço de
0,25 in de espessura, sendo ka = 8,7 Btu/h ft ºR e uma 
camada de tijolos, sendo kt = 0,42 Btu/h ft ºR. Em regime 
permanente ocorre um decréscimo
de temperatura de 1,2 ºF na
camada de aço. A temperatura
interna relativa à superfície
externa do tijolo não pode ser
maior do que 105 ºF. 
a) Determine a espessura mínima
de tijolo que assegura que esse limite
seja alcançado.
 
Capítulo 2: Energia e a Primeira Lei da Termodinâmica
Problema 2.61
● Um kg de refrigerante 22, inicialmente a p1 = 0,9 MPa, e
u1 = 232,92 kJ/kg, está contido em um tanque rígido fechado. O 
tanque está equipado com um agitador que transfere energia para 
o refrigerante a uma taxa constante de 0,1 kW. A transferência de 
calor do refrigerante para sua vizinhança ocorre a uma taxa Kt, 
em kW, onde K é uma constante, em kW por minuto, e t o 
tempo, em minutos. Depois de 20 minutos sendo agitado, o 
refrigerante se encontra a p2 = 1,2 MPa e u2 = 276,67 kJ/kg. Não 
ocorrem variações globais nas energias cinética e potencial.
a) Para o refrigerante, determine o trabalho e a transferência de 
calor;
b) Determine o valor da constante K que aparece na relação de 
transferência de calor conhecida, em kW/min.
 
Capítulo 2: Energia e a Primeira Lei da Termodinâmica
Problema 2.73
● A Figura mostra um ciclo de potência efetuado 
por um gás em um conjunto cilindro-pistão. 
Para o processo 1-2, U2 – U1 = 15 kJ. Para o 
processo 3-1, Q31 = 10 kJ. Não há variações na 
energia cinética ou potencial. Determine:
a) o trabalho para cada
processo;
b) a transferência de calor
 para os processos 1-2 e 2-3;
c) a eficiência térmica
 
Capítulo 2: Energia e a Primeira Lei da Termodinâmica
Problema 2.77
● Um gás em um conjunto cilindro-pistão percorre um ciclo 
termodinâmico composto por três processo em série, como mostra a 
Figura.
Processo 1-2: compressão com U2 = U1;
Processo 2-3: resfriamento a volume constante até p3 = 140 kPa e
 
Processo 3-1: expansão a pressão constante,
 com W31 = 10,5 kJ.
Para o ciclo, Wciclo = -8,3 kJ. Não há
variações na energia cinética ou potencial.
Determine:
a) o volume no estado 1;
b) o trabalho e a transferência de calor para o processo 1-2. Este pode 
ser um ciclo de potência? Pode ser um ciclo de refrigeração? Explique.
∀3 = 0,028 m³.
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