Exercicios Trabalho e Calor

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DISCIPLINA: TERMODINÂMICA
PROF. MAURICIO ALVAREZ MUÑOZ
LISTA DE EXERCICIOS
EXERCICIO 1
UM RECIPIENTE FECHADO DE 5 M3 DE VOLUME CONTEM 0,05 M3 DE AGUA LIQUIDA
SATURADA EM EQUILIBRIO COM VAPOR SATURADO A 0,1 Mpa. CALCULE O TRABALHO
DO SISTEMA, PARA HAVER SÓ VAPOR SATURADO NO SEU INTERIOR. REPRESENTAR NO
DIAGRAMA P-V-T E T-V-P O PROCESSO.
Exercicio 2
Inicialmente uma amostra de água se encontra a 120 oC e apresenta título igual a 25%. A temperatura na amostra é aumentada para 140oC em um processo onde o volume é constante. Determine a pressão e o título no estado final desse processo. Representar no diagrama p-v-t e t-v-p o 
Processo
No exercicio o titulo refere-se a quantidade de vapor na mistura, ou seja y.
Resposta 
P2= 362 kpa
Y2= 0,438
EXERCICIO 3
Vapor de água inicialmente a 4,0 MPa e 300 oC (estado 1) está contido em um conjunto êmbolo - cilindro. A água é então resfriada a volume constante até sua temperatura alcançar 200 oC (estado 2). A seguir a água é comprimida isotermicamente até um estado onde a pressão é de 2,5 MPa (estado 3).
a) Determine o volume específico nos estados 1, 2 e 3, em m3 / kg e o título no estado 2 se o estado 2 for de vapor úmido.
b) Localize os estados 1, 2 e 3 e esquematize os processos em um diagrama T- v e P- v.
resposta
Conhecido:
O estado inicial P= 40 bar e T= 300 oC e os processos subseqüentes
a-1) da tabela de vapor saturado para a água na pressão de 40 bar a correspondente
temperatura de saturação é 250,4 oC. Assim a água a 40 bar e 300 oC está superaquecida. Da tabela de vapor superaquecido temos v1 = 0,05884 m3/kg
a-2) Para determinarmos o estado 2 temos o volume específico que é igual ao volume
específico do estado 1, v2 = 0,05884 m3 /kg e a temperatura de 200 oC da tabela de vapor saturado, para a temperatura de 200 oC, a respectiva pressão de saturação é 15,54 bar. O volume específico do líquido saturado vale; v2L = 0,0011565 m3/kg e do vapor saturado seco, v2v = 0,1274 m3/kg. Como o volume específico do estado 2 está entre o volume específico do líquido e do vapor saturado, então inferimos que o estado 2 é de vapor úmido. Nos dois diagramas, o processo de 1® 2 é indicado através de uma linha
vertical desde o estado 1 até o estado 2 cuja temperatura é de 200 oC e a pressão é de 15,54 bar, na região de vapor úmido.
 
a-3) O estado 3 cuja pressão é de 25 bar a temperatura é a mesma do estado 2, 200
oC. Como a pressão, 25 bar é maior que a pressão de saturação correspondente podemos
facilmente inferir do diagrama T x v que o estado é de líquido comprimido. O processo de 2
® 3 está indicado nas figuras do item b).
a-4) O volume do estado 1 e 2 são iguais, e seu valor lido da tabela de vapor
superaquecido, é 0,05884 m3/kg. O volume específico do estado 3 deve ser obtido em uma
tabela de líquido comprimido, cujo valor é, v3 = 0,0011555 m3/kg ou de forma aproximada, de uma tabela de saturação na temperatura de 200 oC, independentemente da pressão de saturação correspondente, que é v3 = 0,0011565 m3/kg.
a-5) O título no estado 2 é obtido usando as relações matemáticas entre título e
volume específico, como já mostrado anteriormente, assim:
b) Representação dos estados e dos processos nos planos T x v e P x v
Exercício 4
Inicialmente uma amostra de água se encontra a 200 kPa e apresenta título igual a 25%. A temperatura na amostra é aumentada de 20oC em um processo onde a pressão é constante. Determine o volume e o título no estado final desse processo.
FAZER O DIAGRAMA P-V-T E T-V-P DO PROCESSO
O Titulo no exercício refere-se a quantidade de vapor na mistura
Assim vespecifico 2 = 0,9355 e o vapor no final é superaquecido
Exercício 5
Um tanque rígido contém 10 kG de água a 90°C DOS QUAIS 8 KG ESTÃO NA FASE
LÍQUIDA.
CALCULE:
A PRESSÃO NO TANQUE (resposta: 70,14 Kpa)
O VOLUME DO TANQUE (resposta: 4, 73 m3)
FAZER O DIAGRAMA P-V-T E T-V-P DO PROCESSO 
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Exercício 6
VAPOR SUPERAQUECIDO A 1 Mpa E 300°C É ARREFECIDO A VOLUME CONSTANTE
ATÉ 150°C.
CALCULE:
PRESSÃO FINAL (resposta: p=0,476 Mpa)
O TITULO ( resposta Y:=0,65)
FAZER O DIAGRAMA P-V-T E T-V-P DO PROCESSO
Exercício 7
DOIS TANQUES RÍGIDOS INDEPENDIENTES A E B, DE 4 L E 400 L, RESPECTIVAMENTE,
CONTÉM CADA 2 KG DE ÁGUA LÍQUIDA EM EQUILIBRIO COM SEU VAPOR A 50°C. AQUECE-SE LENTAMENTE A ÁGUA DE CADA TANQUE ATÉ HAVER UMA SÓ FASE.
DETERMINE QUAL A FASE, LIQUIDA OU VAPOR, EM QUE SE ENCONTRA A ÁGUA NO
ESTADO FINAL EM CADA TANQUE.
Resposta:
Vtanque1 final= 0,0020 < Vc fase final é liquido
Vtanque2 final= 0,200 > vc fase final é vapor
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EXERCICIO 8
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 0,1 m. Determine esta distância se a temperatura da água for alterada para 200 oC. Repita o problema admitindo que a temperatura final foi alterada para 100oC. Admita que o processo ocorra à pressão constante.
X2 = 0,12 m para t = 200 °c
EXERCICIO 9
Dez kg de uma mistura bifásica líquido-vapor de metano (CH4) encontram-se a 160 K em um tanque de 0,3 m³. Determine o título da mistura, se os valores dos volumes específicos para líquido e vapor saturados do metano a 160 K são vf = 2,97 x 10-3 m3/kg e vg = 3,94 x 10-2 m3/kg, respectivamente.
Y = 0.74
EXERCICIO 10
A grade preta atrás de um refrigerador tem a temperatura da superfície igual a 35ºC e uma superfície total de 1m2. A transferência de calor para o ambiente a 20ºC se dá com um coeficiente de transferência de calor médio convectivo de 15W/m2K. Quanto de energia pode ser removida durante 15 minutos de operação?
EXERCICIO 11
Vapor é acondicionado em um tanque rígido e fechado. Inicialmente, a pressão e a temperatura do vapor são 15 bar e 240ºC. A temperatura cai como resultado da transferência de calor para a vizinhança. Determine a pressão para a qual ocorre o início da condensação, em bar, e a
fração da massa total condensada quando a temperatura alcança 100ºC. Qual percentagem de volume é ocupada pelo líquido saturado no estado final? Resposta: 0,642%.
EXErCICIO 12
Vapor d'água é aquecido em um tanque rígido fechado do estado de vapor saturado a 160ºC para uma temperatura final de 400ºC. Determine as pressões inicial e final, em bar, e esboce o processo em diagramas T-v e P-v.
Pressão inicial = 617 kpa
Pressão final = 998,4 kpa
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EXERCICIO 13
Um tanque, cujo volume é de 0,053 m3, contém freon 12, (R-12) a 40 oC. 
O volume inicial de líquido no tanque é igual ao volume de vapor. Uma quantidade adicional de Freon - 12 é forçada para dentro do tanque até
que a massa total dentro do tanque atinja 45 kg. Pede-se;
Qual o volume final de líquido no tanque admitindo-se que a 
temperatura seja de 40 oC? Vfinal = 0,035 m3
b) Que quantidade de massa foi adicionada ao tanque? M = 10,6845 kg
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