Exercicios Propostos 2

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Universidade Federal do ABC
Prof. Dr. Jose Rubens Maiorino
joserubens.maiorino@ufabc.edu.br
BC1309
Termodinâmica Aplicada
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Exercícios Propostos 2
Calor e Trabalho e Primeira Lei
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1. Um recipiente com volume de 5m3 contém 0,05 m3 de água líquida saturada e 
4,95 m3 de água no estado de vapor saturado a pressão de 100 kPa. Calor é
transferido à água até que o recipiente contenha apenas vapor saturado. 
Determinar o calor transferido durante o processo. (R: 104.981 kJ)
2. Um cilindro provido de pistão apresenta volume inicial de 0,1 m3 e contém 
nitrogênio a 150 kPa e 25°C. Comprime-se o nitrogênio, movimentando o pistão 
até que a pressão e a temperatura se tornem iguais a 1000 kPa e 150°C. 
Durante esse processo, calor é transferido do nitrogênio e o trabalho realizado 
pelo nitrogênio é de 20 kJ. Determine o calor transferido no processo. 
(R. - 4,17 kJ)
3. Um tanque rígido com volume de 0,1 m3 contém nitrogênio a 900 K e 3 MPa. 
O tanque é então, resfriado até que a temperatura atinja 100 K. Qual é o 
trabalho realizado e o calor transferido durante o processo? (R: 0 kJ; -669,13 
kJ)
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4 Um conjunto cilindro-pistão-mola linear contém 2 kg de CO2. Inicialmente a 
temperatura e a pressão são iguais a 500 kPa e 400°C. O CO2 é então 
resfriado até 40ºC, onde nesta condição a pressão se torna igual a 300 kPa. 
Calcule a transferência de calor neste processo. (R. - 515,8 kJ)
5 Um conjunto cilindro-pistão contém ar. No estado inicial o ar possui pressão de 
400 kPa e temperatura de 600 K. Detectou-se a ocorrência de um processo de 
expansão politrópico até o estado onde a pressão e a temperatura são iguais a 
150 kPa e 400K. Determine o expoente politrópico referente a esse processo. 
Calcule também o trabalho e o calor trocado por unidade de massa de ar 
durante o processo. (R. 1,705; 81,45 kJ/kg; -61,85 kJ/kg)
6. Um conjunto cilindro-pistão opera a pressão constante (700 kPa) e contém 
água. Inicialmente, o volume ocupado pela água e o título são iguais a 0,1 m3 e 
90%. Um aquecedor é ligado e á água é aquecida com uma taxa de 
transferência de calor igual a 2,5 kW. Qual é o tempo necessário para que todo 
o líquido evapore? (R: 33,6 s) BC1309_Termodinâmica Aplicada
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7. Um aquecedor de água operando em regime permanente possui duas entradas e 
uma saída. Na entrada 1, vapor de água entra a uma pressão de 700 kPa e 
temperatura de 200ºC com uma vazão mássica de 40 kg/s. Na entrada 2, água 
líquida saturada a uma pressão de 700 kPa entra através de uma área de 25 cm2. 
Líquido saturado a 700 kPa deixa o aquecedor no ponto 3 com uma vazão 
volumétrica de 0,06 m3/s. Determine a vazão na entrada 2 e na saída em kg/s e a 
velocidade na entrada 2, em m/s. (R: 14,16kg/s; 54,16 kg/s; 6,273 m/s)
8. Fluído refrigerante R-22 entra no condensador de um sistema de refrigeração 
operando em regime permanente a 1200 kPa e 50ºC através de um tubo de 2,5 cm 
de diâmetro. Na saída, a pressão é de 1200 kPa, a temperatura vale 28ºC e a 
velocidade é de 2,5 m/s. A vazão mássica de refrigerante é de 5 kg/min. Determine: 
a) velocidade de entrada em m/s; b) o diâmetro de saída do duto em cm. (R. 3,744 
m/s; 0,59 cm)
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9 Vapor de água a 1200 kPa e 520ºC entra em um volume de controle operando em 
regime permanente com uma vazão volumétrica de 460 m3 /min. Vinte e dois por 
cento do escoamento sai a 500 kPa e 220ºC com uma velocidade de 20 m/s. O 
restante sai por outro lugar com uma pressão de 6 kPa e título de 86% e com uma 
velocidade de 500 m/s. Determine os diâmetros, em m, de cada duto de saída. 
(R: D2 = 0,3974 m; D3 = 1,014 m)
10 Uma banheira que, inicialmente estava vazia e com o ralo tampado está sendo 
alimentada com 10 quilogramas de água por minuto. Após 10 minutos do inicio da 
operação de enchimento, a tampa do ralo foi retirada e a vazão de alimentação de 
água foi reduzida de 10 quilogramas por minuto para 2 quilogramas por minuto. 
Considere que a vazão em massa de água no ralo é constante e igual a 4 
quilogramas por minuto. Determine o tempo necessário para que não exista água na 
banheira. Considere que o intervalo de tempo inicia na partida da primeira operação 
de enchimento da banheira. (R: 60 min) 
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11 A vazão em massa e vapor de água na seção de alimentação de uma turbina 
é1,5kg/s e o calor transferido da turbina é 8,5 kW. São conhecidos os seguintes 
dados para o vapor de água que entra e sai da turbina. Entrada: pressão de 2,0 Mpa, 
temperatura de 350ºC, velocidade de 50 m/s e cota em relação ao um plano de 
referência de 6m. Saída: pressão de 0,1 Mpa, vapor saturado, velocidade de 100m/s 
e cota de 3m. Determine a potência produzida por esta turbina (R: 678,2 kW)
12 O compressor utilizado numa indústria química é alimentado com dióxido de 
carbono a 100 kPa e 280 K. A velocidade do escoamento na seção de alimentação é
baixa. A pressão e a temperatura na seção de descarga do compressor são iguais a 
1100 kPa e 500 K. O dióxido de carbono deixa o compressor a 25 m/s e escoa para 
um pós-resfriador, que é um trocador de calor. O dióxido de carbono deixa o trocador 
de calor a 1100 kPa e 350 K. Sabendo que a potência utilizada no acionamento do 
compressor é de 50 kW, determine a taxa de transferência de calor no pós-resfriador. 
(R: -35,2 kW)
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14 Consideremos o processo de estrangulamento numa válvula de expansão, ou 
através do tubo capilar, num ciclo de refrigeração por compressão de vapor. Nesse 
processo, a pressão do refrigerante cai da alta pressão do condensador para a baixa 
no evaporador e, durante este processo, uma parte do líquido vaporiza. Se 
considerarmos o processo como adiabático, o título do refrigerante ao entrar no 
evaporador pode ser calculado. Admitindo que o fluido refrigerante seja amônia, que 
esta entra na válvula de expansão a 1,5 Mpa e a 35ºC e que a pressão, ao deixar a 
válvula, é de 291 kPa, calcule o título da amônia na saída da válvula de expansão. 
(R: 0,1638)
13 Vapor de água a 0,6 MPa e 200ºC entra num bocal isolado termicamente com 
uma velocidade de 50 m/s e sai com velocidade de 600m/s, a pressão de 0,15 MPa. 
Determine, no estado final, a temperatura do vapor se este estiver superaquecido ou 
o título se estiver saturado. (R: 0,99)
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16 Vapor de água a pressão de 1,4 Mpa e 300ºC escoa em um tubo. Um tanque 
inicialmente evacuado, está conectado a esse tubo através de uma ramificação com 
válvula. Abre-se a válvula e o vapor enche o tanque até que a pressão atinja 1,4 Mpa. 
Nesta condição, a válvula é fechada. O processo é adiabático e as variações de 
energias cinética e potencial são desprezíveis. Nestas condições, determine a 
temperatura final do vapor no tanque. (R: 452ºC)
17 Supondo que o tanque do exemplo anterior tenha um volume de 0,4 m3 e que 
inicialmente contenha vapor saturado a 350 kPa. Abre-se a válvula e o vapor de água 
da linha, a 1,4 MPa e 300ºC, escoa para o tanque até que a pressão atinja 1,4 Mpa. 
Calcule a massa de vapor de água que escoa para o tanque. (R: 1,263 kg)
15 Considere um condensador resfriado a água de um sistema de refrigeração de 
grande porte que utiliza R-134a como fluído refrigerante. O refrigerante entra no 
condensador a 60ºC e 1MPa e o deixa como líquido a 0,95 MPa e 35ºC. A água de 
resfriamento entra no condensador a 10ºC e sai a 20ºC. Sabendo que a vazão de 
refrigerante é de 0,2 kg/s, determine a vazão de água de resfriamento neste 
condensador (R: 0,919 kg/s)
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