Termodinâmica Básica Disciplina online

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Termodinâmica Básica 
Qual é a massa, em quilogramas, de 1 litro de óleo de carro sabendo que sua massa específica é de 885 kg/m3? 
R=0,885 
Sabendo que a água tem massa específica de 1 g/cm3, você conseguiria levantar 1 m3 de água sem auxílio de alguma máquina? 
R= Não, pois teria que levantar 1000 kG 
Considere uma piscina com 2 m de profundidade. A diferença de pressão entre a superfície e o fundo da piscina é de 
Considere a massa específica da água como 1000 kg/m3 e a aceleração da gravidade como 9,81 m/s2) 
R=19,6 kPa 
No nível do mar o peso de uma massa de 1 kg, em unidades SI, é de 9,81 N. O peso de uma massa de 1 lbm em unidades inglesas é de: 
R=1lbf 
Um tanque plástico de 3 kg que tem um volume de 0,2 m3 é cheio com água no estado líquido. Supondo que a massa específica da água seja de 1000 kg/m3, determine o peso do 
sistema combinado. 
R=1991N 
Determine a massa e o peso do ar contido em uma sala cujas dimensões são de 6 m x 6 m x 8 m. Suponha que a massa específica do ar seja de 1,16 kg/m3 
(Considere a aceleração da gravidade como 9,81 m/s 
R=334,1kG ; 3277N 
Um medidor a vácuo conectado a um tanque indica 15 kPa em uma localização na qual a leitura barométrica é de 750 mmHg. Determine a pressão absoluta no tanque. Considere ρHg = 
13590 kg/m3. 
R=85,0 kPa 
O barômetro básico pode ser usado como um dispositivo de medição de altitude nos aviões. O controle de terra reporta uma leitura barométrica de 753 mmHg, enquanto a leitura do 
piloto é de 690 mmHg. Estime a altitude do avião a partir do nível do solo se a densidade média do ar for de 1,20 kg/m3. 
R=714m 
Um pistão de aço de 2,5 kg está submetido à aceleração normal da gravidade, quando uma força vertical ascendente de 25 N é aplicada. Determine a aceleração do pistão em m/s2. 
R=0,193 
Um automóvel se desloca a 60 km/h. Suponha que ele seja imobilizado em 5 s por meio de uma desaceleração constante. Sabendo que a massa do conjunto automóvel-motorista é de 
2075 kg, determine o módulo da força necessária para imobilizar o conjunto. 
R=6916N 
Um automóvel com massa de 1500 kg se desloca a 20 km/h. Sabendo que ele é acelerado até 75 km/h, com uma aceleração constante e igual a 4 m/s2, determine o tempo necessário 
para a ocorrência desse movimento. 
R=3,8s 
Um balde contendo concreto, com massa total igual a 200 kg, é movimentado por um guindaste. Admita que a aceleração local da gravidade apresente módulo igual a 9,5 m/s2. 
Sabendo que a aceleração do balde em relação ao chão é de 2 m/s2, determine a força realizada pelo guindaste. 
R=2300N 
Uma central de potência separa CO2 dos gases de exaustão da planta. O CO2 é então comprimido para uma condição em que a massa específica é de 110 kg/m3 e é armazenado em 
uma jazida de carvão inexplorável, que contém em seus poros um volume de vazios de 100000 m3. Determine a massa de CO2 que pode ser armazenada. 
R=11*10^6 kG 
Um tanque apresenta duas partições separadas por uma membrana. A partição A contém 1 kg de ar e apresenta volume igual a 0,5 m3. O volume da partição B é de 0,75 m3 e esta 
contém ar com massa específica igual a 0,8 kg/m3. A membrana é rompida e o ar atinge um estado uniforme. Determine a massa específica do ar no estado final do processo. 
R=1,28 kG/m^3 
A área da seção transversal da válvula de um cilindro é igual a 11 cm2. Determine a força necessária para abrir a válvula sabendo que a pressão no cilindro é de 735 kPa e que a pressão 
externa é de 99 kPa. 
R=700N 
Um conjunto cilindro-pistão vertical apresenta diâmetro igual a 125 mm e contém óleo hidráulico. A pressão atmosférica é igual a 1 bar. Determine a massa do pistão sabendo que a 
pressão no óleo é igual a 1500 kPa. 
R=1752kG 
Um cilindro de aço apresenta área da seção transversal igual a 1,5 m2 e altura de 2,5 m. Ele é preenchido com 0,5 m de água na parte inferior e 1 m de gasolina, que flutua sobre a 
água. O restante do cilindro está com ar. Sabendo que a pressão na superfície livre da gasolina é de 101 kPa, determine a pressão na superfície inferior da camada de água. 
R=113kPa 
Um tanque sem tampa é construído com aço e apresenta massa igual a 10 toneladas. A área de seção transversal e a altura do tanque são iguais a 3 m2 e 16 m, respectivamente. 
Determine a quantidade de concreto que deve ser introduzida no tanque para que este flutue no oceano mantendo 10 m submersos. 
R=19910kG 
Você está a 5 m de profundidade no oceano. Qual é a pressão nessa profundidade? 
R=150kPa 
Um manômetro montado em um recipiente indica 1,25 MPa e um barômetro local indica 0,96 bar. Calcule a pressão interna absoluta no recipiente. 
R=1346kPa 
Um submarino de pesquisa deve submergir até a profundidade de 4000 m. Admitindo que a massa específica da água do mar é constante e igual a 1020 kg/m3, determine a pressão 
que atua na superfície externa do casco do submarino na profundidade máxima de mergulho. 
R=40MPa 
 
 
 
MÓDULO 2 
Considere um rio escoando em direção a um lago com uma velocidade média de 3 m/s, a uma vazão de 500 m3/s, em um local 90 m acima da superfície do lago. Determine a energia 
mecânica total da água do rio por unidade de massa e o potencial para geração de potência do rio naquele local. 
R=o,887kJ/kG ; 444MW 
Potência elétrica deve ser gerada pela instalação de um conjunto gerador-turbina hidráulica em um local 120 m abaixo da superfície livre de um grande reservatório, capaz de fornecer 
água a um fluxo constante de 1500 kg/s. Determine o potencial necessário para a geração da potência. 
R=1766kW 
Em um determinado local o vento tem uma velocidade constante de 10 m/s. Determine a energia mecânica do ar por unidade de massa e o potencial para geração de potência de uma 
turbina eólica com pás de 60 m de diâmetro naquele local. Admita uma massa específica do ar de 1,25 kg/m3. 
R=0,050kJ/kG ; 1770kW 
Um aquecedor à resistência elétrica de 2 kW é mantido ligado em uma sala por 30 minutos. A quantidade de energia transferida para a sala pelo aquecedor é de 
R=3600kJ 
Um ventilador deve acelerar o ar parado até a velocidade de 12 m/s à taxa de 3 m3/min. Se a massa específica do ar for de 1,15 kg/m3, a potência mínima que deve ser fornecida ao 
ventilador é de 
R=248W 
Um automóvel de 900 kg à velocidade constante de 60 km/h deve acelerar até 100 km/h em 6 s. A potência adicional necessária para atingir essa aceleração é de 
R=37kW 
O elevador de um grande edifício deve elevar uma massa de 400 kg à velocidade constante de 12 m/s usando um motor elétrico. A potência mínima do motor deve ser de 
R=47kW 
O elevador de um grande edifício deve elevar uma massa de 400 kg à velocidade constante de 12 m/s usando um motor elétrico. A potência mínima do motor deve ser de 
R=80°C 
Uma resistência elétrica do tipo fio metálico com 50 cm de comprimento e 0,2 cm de diâmetro, submersa em água, é usada para determinar experimentalmente o coeficiente de 
transferência de calor na ebulição da água a 1 atm. A temperatura da superfície do fio é de 130°C quando um amperímetro indica um consumo de potência elétrica de 4,1 kW. Assim, o 
coeficiente de transferência de calor é de 
R=43500W/m^2°C 
Uma superfície negra, quente, de 3 m2, a 80°C, está perdendo calor por convecção para o ambiente, a 25°C, com um coeficiente de transferência de calor por convecção de 12 
W/m2°C, e por radiação para as superfícies vizinhas, a 15°C. A taxa total com a qual calor é perdido a partir da superfície é de 
R=3451W 
Uma superfície negra, quente, de 3 m2, a 80°C, está perdendo calor por convecção para o ambiente, a 25°C, com um coeficiente de transferência de calor por convecção de 12 
W/m2°C, e por radiação para as superfícies vizinhas, a 15°C. A taxa total com a qual calor é perdido a partir da superfície é de 
R=0,001W/m°C 
O telhado de uma casa aquecida por eletricidade possui 7 m de comprimento, 10 m de largura e 0,25 m de espessura. Ele é feito com uma camada plana de concreto, cuja 
condutividade térmica é de 0,92 W/m °C. Durante uma noite, no inverno,as temperaturas das superfícies interna e externa do telhado foram de 15°C e 4°C, respectivamente. A taxa 
média com a qual calor foi perdido através do telhado naquela noite foi de 
R=2834W 
MÓDULO 3 
Uma usina hidrelétrica que recebe água à vazão de 70 m3/s de uma altura de 65 m deve gerar potência usando um conjunto gerador-turbina de eficiência de 85%. Desprezando as 
perdas de atrito na tubulação, a energia elétrica gerada por essa usina é de 
R=38MW 
Um compressor de 75 hp em uma instalação que opera à plena carga durante 2500 horas por ano é acionado por um motor elétrico que possui eficiência de 88%. Se o custo unitário da 
eletricidade é de $ 0,06/kWh, o custo anual de eletricidade desse compressor é de 
R=$9533 
Um compressor de 75 hp em uma instalação que opera à plena carga durante 2500 horas por ano é acionado por um motor elétrico que possui eficiência de 88%. Se o custo unitário da 
eletricidade é de $ 0,06/kWh, o custo anual de eletricidade desse compressor é de 
R=$5,18 
Uma bomba de 2 kW é usada para bombear querosene (0,820 kg/l) de um tanque no solo até um tanque em uma posição mais alta. Ambos os tanques são abertos para a atmosfera e 
a diferença de altura entre as superfícies livres dos tanques é de 30 m. A máxima vazão volumétrica de querosene é de 
R=8,3 l/s 
Uma bomba de glicerina é alimentada por um motor elétrico de 5 kW. A diferença de pressão medida entre a saída e a entrada da bomba operando em plena carga é de 211 kPa. Se a 
vazão através da bomba for de 18 l/s e se as variações de altura e de velocidade do fluido através da bomba forem desprezíveis, a eficiência global da bomba será de 
R=76% 
Água é aquecida em uma panela fechada sobre um fogão, enquanto é agitada por uma roda de pás. Durante o processo, 30 kJ de calor são transferidos para a água e 5 kJ de calor são 
perdidos para o ar ambiente. O trabalho da roda de pás é de 500 Nm. Determine a energia final do sistema se sua energia inicial é de 10 kJ. 
R=35,5kJ 
Uma sala de aula para 40 pessoas deve ser climatizada por meio de aparelhos de condicionamento de ar com capacidade de resfriamento de 5 kW. Admite-se que uma pessoa parada 
dissipe calor a uma taxa de aproximadamente 360 kJ/h. Existem 10 lâmpadas incandescentes na sala, cada uma com capacidade nominal de 100 W. A taxa de transferência de calor 
para a sala através das paredes e das janelas é estimada em 15000 kJ/h. Para que o ar da sala seja mantido à temperatura constante de 21°C, determine o número de aparelhos de 
condicionamento de ar necessários. 
R=2 
As necessidades de iluminação de uma instalação industrial estão sendo atendidas com 700 lâmpadas fluorescentes de 40 W. As lâmpadas estão perto de completar sua vida útil de 
serviço e devem ser substituídas por lâmpadas equivalentes de 34 W (alta eficiência) que operam nos blocos de alimentação existentes. As lâmpadas fluorescentes padrão e de alta 
eficiência podem ser compradas ao custo de $ 1,77 em quantidade, ou $ 2,26 a unidade, respectivamente. A instalação opera 2800 horas por ano e todas as lâmpadas são mantidas 
acesas durante o horário de operação. Sendo o custo unitário da eletricidade $ 0,08/kWh e o fator do bloco de alimentação de 1,1 (ou seja, os blocos de alimentação consomem 10% 
de potência nominal das lâmpadas), determine a quantidade de energia gasta por ano devido a mudança para as lâmpadas fluorescentes de alta eficiência. 
R=12936kWh/ano 
As necessidades de iluminação de uma instalação industrial estão sendo atendidas com 700 lâmpadas fluorescentes de 40 W. As lâmpadas estão perto de completar sua vida útil de 
serviço e devem ser substituídas por lâmpadas equivalentes de 34 W (alta eficiência) que operam nos blocos de alimentação existentes. As lâmpadas fluorescentes padrão e de alta 
eficiência podem ser compradas ao custo de $ 1,77 em quantidade, ou $ 2,26 a unidade, respectivamente. A instalação opera 2800 horas por ano e todas as lâmpadas são mantidas 
acesas durante o horário de operação. Sendo o custo unitário da eletricidade $ 0,08/kWh e o fator do bloco de alimentação de 1,1 (ou seja, os blocos de alimentação consomem 10% 
de potência nominal das lâmpadas), determine o valor de energia economizado por ano devido à mudança para as lâmpadas fluorescentes de alta eficiência. 
R=$1035/ano 
As necessidades de iluminação de uma instalação industrial estão sendo atendidas com 700 lâmpadas fluorescentes de 40 W. As lâmpadas estão perto de completar sua vida útil de 
serviço e devem ser substituídas por lâmpadas equivalentes de 34 W (alta eficiência) que operam nos blocos de alimentação existentes. As lâmpadas fluorescentes padrão e de alta 
eficiência podem ser compradas ao custo de $ 1,77 em quantidade, ou $ 2,26 a unidade, respectivamente. A instalação opera 2800 horas por ano e todas as lâmpadas são mantidas 
acesas durante o horário de operação. Sendo o custo unitário da eletricidade $ 0,08/kWh e o fator do bloco de alimentação de 1,1 (ou seja, os blocos de alimentação consomem 10% 
de potência nominal das lâmpadas), determine o período de recuperação do investimento. 
R=4 meses 
MÓDULO 4 
Considere os seguintes dados: 
P (kPa) T(°C) vl(m3/kg) vv(m3/kg) 
 200 120,23 0,001061 0,88573 
Um tanque rígido de 300 m3 é preenchido com uma mistura saturada de água líquida e vapor d’água a 200 kPa. Se 25% da massa for líquida e 75% da massa for vapor, a massa total do 
tanque é de 
R=451kG 
Considere os seguintes dados: 
T(°C) P(kPa) vl(m3/kg) vv(m3/kg) 
220 2317,8 0,001190 0,08619 
Um tanque rígido de 1,8 m3 contém vapor d'água a 220°C. Um terço do volume está na fase líquida e o restante sob a forma de vapor. Determine o título da mistura saturada. 
R=2,69% 
Considere os seguintes dados: 
T(°C) P(kPa) vl(m3/kg) vv(m3/kg) 
220 2317,8 0,001190 0,08619 
Um tanque rígido de 1,8 m3 contém vapor d'água a 220°C. Um terço do volume está na fase líquida e o restante sob a forma de vapor. Determine o título da mistura saturada. 
R=287,8kG/m^3 
Um vaso rígido contém 2 kg de refrigerante-134a a 800 kPa e 120°C. Determine o volume do vaso e a energia interna total. 
R=0,07516m^3 ; 951,84kJ 
Com relação ao estado da água nas condições abaixo, considere os seguintes dados: 
I – 10 MPa e 0,003 m3/kg. 
II – 1 MPa e 190°C. 
III – 200°C e 0,1 m3/kg. 
IV – 10 kPa e 10°C. 
R= Líquido + Vapor; Vapor Superaquecido; Líquido + Vapor; Líquido Comprimido. 
Um conjunto cilindro-pistão contém, inicialmente, vapor d'água saturado a 200 kPa. Neste estado, a distância entre o pistão e o fundo do cilindro é de 0,1 m. Determine quais serão a 
distância e a temperatura se a água for resfriada até que o volume ocupado passe a ser a metade. 
R=0,05m ; 120,2°C 
MÓDULO 5 
Um tanque com volume interno de 1 m3 contém um gás a temperatura e pressão ambientes: 20°C e 100 kPa.Qual é a massa contida no tanque se o gás é ar? 
R=1,189Kg 
Um balão esférico com 10 m de diâmetro contém hélio a pressão e temperatura atmosféricas (100 kPa e 15°C).Qual é a massa de hélio contida no balão? 
R=87,5kG 
O ar confinado em um pneu está inicialmente a -10°C e 190 kPa. Depois de percorrer certo percurso, a temperatura sobe para 10°C. Calcule a nova pressão. 
R=204 kPa 
Uma bomba de vácuo é utilizada para evacuar uma câmara utilizada na secagem de um material que está a 50°C. Se a vazão volumétrica da bomba é de 0,5 m3/s e se a temperatura e 
a pressão da seção de alimentação da bomba são iguais a 50°C e a 0,1 kPa, respectivamente, determine a quantidade de vapor d'água removida da câmara em um período de 30 
minutos 
R=0,603kG 
Para o projeto de um sistema comercial de refrigeração que utiliza R-123, determine a diferença entre o volume ocupado por kg de vapor saturado de R-123 a - 30°C em comparação 
ao do líquido saturado. 
R=0,304m^3/kG 
Um conjunto cilindro-pistão contém água a 90°C e a 100 kPa. A pressão está relacionada com o volume interno do conjunto por meio da relação p = Cϑ (onde C é uma constante).A 
água é então aquecida até que a temperatura se torne igual a 200°C. Determine a pressão e o título caso a água esteja na região de duas fases. 
R=1554kPa; 11,8% 
MÓDULO 6 
O fluido contido em um tanque é movimentado por um agitador. O trabalho fornecido ao agitador é 5090 kJ. O calor transferido do tanque é 1500 kJ. 
Considerando o tanque e o fluido como sistema, determine a variação da energia interna do sistema nesse processo. 
R=3590Kj 
Considere uma pedra com massa de 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, então, dentro da água. Admitindo que a aceleração da gravidade seja igual a 9,80665 m/s2, determine a variação da energia cinética imediatamente antes de a pedra 
penetrar a água 
R=1kJ 
Um tanque rígido contém ar a 500 kPa e 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. 
R=0 
Um arranjo pistão-cilindro contém inicialmente 0,4 m3 de ar a 100 kPa e a 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. 
R=-55,5kJ 
Uma partição divide um tanque rígido em duas partes iguais. Inicialmente um lado do tanque contém 5 kg de água a 200 kPa e a 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 transferência de calor ocorrida no tanque. 
R=0,25kJ 
Um arranjo cilindro-pistão contém inicialmente 0,8 m3 de vapor d'água saturado a 250 kPa. Nesse estado, o pistão está apoiado sobre um conjunto de batentes e a massa do pistão é 
tal que é necessária uma pressão de 300 kPa para movê-lo. Calor é então lentamente transferido para o valor até que o volume dobre. Determine o total de calor transferido. 
R=1213kJ 
MÓDULO 7 
Uma mangueira de jardim conectada a um bocal é usada para encher um balde de 10 galões. O diâmetro interno da mangueira é de 2 cm, e ele se reduz a 0,8 cm na saída do bocal. Se 
são necessários 50 s para encher o balde com água, determine a velocidade média da água na saída do bocal, em m/s. Admita a massa específica da água como 1000 kg/m3 e 1 o galão 
= 3,7854 litros. 
R=15,1 
Um computador deve ser resfriado por um ventilador com uma vazão volumétrica igual a 0,34 m3/min. Determine o fluxo de massa de ar através do ventilador a uma altitude de 3400 
m onde a densidade do ar é de 0,7 kg/m3. 
R=0,238kG/min. 
Ar entra em um bocal a 2,21 kg/m3 e 40 m/s e sai a 0,762 kg/m3 e 180 m/s em um processo em regime permanente. Se a área de entrada do bocal for de 90 cm2, determine o fluxo de 
massa através do bocal, em kg/s. 
R=0,796 
 
MÓDULO 8 
Considere o condensador resfriado a água de um sistema de refrigeração de grande porte que utiliza R-134a como fluido refrigerante. O refrigerante entra no condensador a 60°C, 1 
MPa e com entalpia de 441,89 kJ/kg, e o deixa como líquido a 0,95 MPa, 35°C e 249,10 kJ/kg. A água de resfriamento entra no condensador a 10°C e 42,00 kJ/kg de entalpia e sai a 20°C 
e 83,95 kJ/kg. Sabendo que a vazão de refrigerante é igual a 0,2 kg/s, determine a vazão de água de resfriamento nesse condensador. 
R=0,919kG/s 
Vapor d'água a 0,6 MPa, 200°C e 2850,1 kJ/kg entra em um bocal isolado termicamente com uma velocidade de 50 m/s e sai com uma velocidade de 600 m/s à pressão de 0,15 MPa. 
Determine, no estado final, o título. Dados: para pressão de 0,15 MPa, hl = 467,1 kJ/kg e hv = 2693,6 kJ/kg. 
R=0,99 
O compressor utilizado em uma instalação industrial é alimentado com dióxido de carbono a 100 kPa, 280 K, 198 kJ/kg e com baixa velocidade. A pressão, a temperatura e a entalpia de 
descarga do compressor são iguais a 1100 kPa, 500 K e 401,52. O dióxido de carbono deixa o compressor a 25 m/s e escoa para um pós-refrigerador, que é um trocador de calor. O 
dióxido de carbono deixa o trocador de calor a 1100 kPa, 350 K e 257,9 kJ/kg. Sabendo que a potência utilizada no acionamento do compressor é de 50 kW, determine a taxa de 
transferência de calor no pós-refrigerador. 
R=35,2kW