Aula 01 - Introdução à TDQ e Conceitos Básicos - Exercícios

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS 
 
IPUC - Departamento de Engenharia Química 
 
Termodinâmica Química 
 
 
 
 
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 
 
1. Uma lâmpada de segurança de outdoor de 70 W fica acesa, em média, 10 horas por dia. Um bulbo 
novo para a lâmpada custa $5,00 e seu tempo de uso é de aproximadamente 1000 horas. Se o custo da 
eletricidade for de $0,10 por kWh, qual é o custo anual da “segurança”, por lâmpada? ($ 43,80 por ano) 
 
2. Um gás está confinado em um cilindro com 0,47 m de diâmetro por um pistão, sobre o qual repousa 
um contrapeso. Juntos, o pistão e o contrapeso têm massa 150 kg. A aceleração da gravidade local é de 
9,813 m/s2 e a pressão atmosférica é 101,57 kPa. 
 
a) Qual é a força em newtons exercida sobre o gás pela atmosfera, pelo pistão e pelo contrapeso, 
considerando que não há atrito entre o pistão e o cilindro? (F = 19.084,85 N) 
b) Qual é a pressão do gás em kPa? (Pabsoluta = 110,06 kPa) 
c) Se o gás no cilindro for aquecido, ele se expande, empurrando para cima o pistão e o contrapeso. 
Se o pistão e o contrapeso forem erguidos em 0,83 m, qual é o trabalho realizado pelo gás em kJ? 
Qual é a variação da energia potencial do pistão e do contrapeso? (W = ∆eP = 1.221,72 J) 
 
3. Um automóvel, com massa de 1250 kg, está viajando a 40 m/s. Qual é a sua energia cinética em kJ? 
Quanto trabalho deverá ser realizado para fazê-lo parar? (ek = 1.000 kJ; W = -1.000 kJ) 
 
4. As turbinas de uma usina hidroelétrica são acionadas por água que cai de uma altura de 50 m. 
Considerando uma eficiência de 91 % para a conversão de energia potencial em elétrica e 8 % de perdas 
na transmissão da potência resultante, qual é a vazão mássica de água necessária para manter acesa uma 
lâmpada de 200 W? (ṁ = 1.755 kg/h) 
 
5. Um tanque para água quente, isolado e aquecido eletricamente, contém 190 kg de água líquida a 60 °C. 
Imagine que você está tomando banho usando a água desse tanque quando ocorre uma interrupção no 
fornecimento de energia. Se a água for retirada do tanque a uma taxa constante de ṁ = 0,2 kg/s, em quanto 
tempo a temperatura da água no tanque cairá de 60 °C para 35 °C? Admita que água fria a 10 °C seja 
alimentada no tanque a uma taxa igual a de saída e que as perdas para o ambiente sejam desprezíveis. 
Aqui, uma excelente hipótese para a água líquida é que CP = CV = C, independente de T e P. Considere 
ainda uma mistura ideal no interior do tanque (isso implica que as propriedades da água deixando o tanque 
são as mesmas da água no seu interior) e que a diferença entre as energias cinética e potencial na entrada 
e na saída pode ser desprezada. (Aproximadamente 11 minutos) 
6. Ar a 1 bar e 25 °C entra em um compressor que opera em regime permanente com baixa velocidade. 
Ele é descarregado a 3 bar e entra em um ejetor no qual sofre uma expansão, atingindo uma velocidade 
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final de 600 m/s, em condições de pressão e temperatura iguais às iniciais. Se o trabalho de compressão 
for de 240 kJ por quilograma de ar, qual quantidade de calor deve ser removida durante a compressão? 
Tome como base de cálculo 1 kg de ar. A variação da energia potencial do ar pode ser considerada 
desprezível, assim como sua energia cinética inicial. (Q = -60 kJ)