7/23/2019 Lista Fundamentos Termodinâmica

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA - UFSCEMC 5405 – FUNDAMENTOS DA TERMODINÂMICAPROF. SERGIO COLLE

LISTA DE EXERCÍCIOS – LIÇÃO I

1. Um tanque rígido contém água saturada a C o50 , na proporção de 50% de massa de líquido.

O volume do tanque é de 31m . Determinar:(a) A massa de água contida no tanque.(b) A proporção volumétrica das fases de líquido e vapor.(c) Interprete os resultados numéricos em termos da diferença relativa entre o volume dovapor e o volume do líquido.

2. Um tanque rígido cilíndrico, vertical, dotado de uma válvula de descarga no seu fundocontém R134a na temperatura de C o5 . A área da seção transversal do tanque é de 250   m , . Aválvula é aberta e o fluido é descarregado até que o nível do líquido desça 5cm. Considerandoque a temperatura no estado final é igual a temperatura no estado inicial, determinar a massade fluido descarregada. E se a válvula fosse instalada no topo do tanque e descarregasseapenas vapor saturado, qual seria a massa descarregada?

3. kg10  de vapor d’água saturado a C o100 são confinados num cilindro por um pistão. Caloré entregue a água à temperatura constante até que o volume do vapor atinja o dobro dovolume no estado inicial. Determinar a pressão final, justificando o uso de uma equação deClapeyron e verificar o erro cometido, em relação a dados da tabela de vapor superaquecido.Repetir o exercício, admitindo que o processo seja isobárico e neste caso, determinar atemperatura final.

4. Na vizinhança do ponto tríplice da amônia a pressão de saturação de transição líquido-vapor é expressa pela equação )K (T  /  ,)atm( pln 30631615    e a pressão de saturação de

transição sólido-vapor é expressa pela equação )K (T  /  ,)atm( pln 37547018 

. Calcular  p  e T   e o volume específico no ponto tríplice, admitindo-se que o vapor saturado se comportecomo gás ideal (note-se que a pressão tríplice é muito baixa em relação a crítica).

5. Um tanque rígido  A   é conectado a um balão esférico elástico  B , cuja pressão édiretamente proporcional ao seu diâmetro. Os tanques são conectados por uma válvula dedescarga. O volume inicial de  A  é de 310   m ,  e o diâmetro inicial de  B  é de m ,50 . O tanque A  contém no estado inicial ar na pressão de kPa800  e o tanque  B  contém ar na pressão de

kPa100 . Nesse estado, a temperatura de  A  e  B  é de C o25 . A válvula é aberta e o sistema

entra em equilíbrio de modo que a temperatura final é igual a temperatura inicial. Determinara pressão e o volume do tanque  B  no estado final.

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 6. Da experimentação com um termômetro de balão de gás ideal de Kelvin, utilizando-se o

 ponto de vapor da água e o ponto de fusão da prata pura à 1atm, encontrou-se a seguinterazão-limite: 30993

0 ,) p /  p(lim v Ag

m

, onde  Ag p   é a pressão do gás do balão no ponto de

fusão da prata e v p  é a pressão do gás do balão no ponto do vapor. Determinar a temperaturade fusão da prata. Justifique detalhadamente o procedimento adotado com base na teoria pertinente.

7. Numa fonte geotérmica, água quente líquida saturada é expelida na superfície a 100 oC. Na profundidade de 500m constatou-se que a água se encontra em estado de líquido saturado.Considerando a massa específica da água constante, estimar a temperatura da fonte.

8. Ar é comprimido num cilindro por um pistão sem atrito, cuja massa é igual a 150kg e cuja

área de seção transversal é igual a 0,2m2. Inicialmente o ar ocupa um volume de 0,5m3  na pressão de 300kPa e temperatura de 300K. O pistão é liberado e o estado de equilíbrio éatingido. Durante o processo de expansão, o cilindro troca calor com o exterior cujatemperatura é de 280K. Sabendo que a pressão externa é constante e igual a 1atm, determinara distância do pistão de sua posição no estado inicial. Dado: kgK  / kJ  , Rar  2870 .

9. Estimar, sem extrapolar, o valor numérico do volume específico da água para os estadoscorrespondentes aos dados que seguem:

a)   p = 5kPa ; T = 200oC

 b) 

 p = 8MPa ; T = 1400o

Cc)   p = 1MPa ; T = 100oCd)   p = 30MPa ; T = 100oCe)  x = 0,8 ; T = 150oC

Justifique detalhadamente as soluções adotadas.

10. Um tanque rígido de volume igual a 1m3, munido de uma válvula de descarga, confinacerta massa de água a 200kPa e 200oC. Uma massa de água de 2kg é injetada no tanque.Sabendo que a temperatura de equilíbrio final do tanque é de 200oC:

a)  Determinar a pressão neste estado.

 b) 

Determinar a quantidade de massa necessária para que no estado final o tanquecontenha apenas vapor saturado seco na mesma temperatura.

11. Um tanque rígido e indeformável de volume igual a 10m3 contém vapor d’água a 100oCna pressão de 10kPa. Retira-se massa do tanque até que sua pressão seja reduzida para 5kPa emesma temperatura inicial. Estimar a quantidade de massa retirada do tanque. Indique osestados inicial e final no diagrama p-v. Justifique a solução adotada.

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12. Um tubo de vidro selado, contém vapor de amônia superaquecida a 20oC. Deseja-se sabera pressão do frasco, por uma questão de segurança, já que a amônia é corrosiva e tóxica. Paratanto, o frasco foi resfriado e constatou-se que quando a temperatura do frasco atinge -34oC,aparecem pequenas gotas de líquido nas paredes do frasco. Determinar a pressão da amôniano estado inicial dado. Ilustrar o processo de resfriamento nos diagramas p-v e T-v.

13. 5kg de vapor d’água saturado seco a 50kPa são confinados num cilindro por um pistãosem atrito. Neste estado o peso do pistão é equilibrado pela pressão da água contra o exterior,em estado de vácuo. Calor é entregue ao sistema até que o volume do vapor atinja o dobro dovolume inicial. Determinar a temperatura final sem fazer uso das tabelas da água.

Dados: kgK  / kJ  , Rágua 461520  , kg / m ,)kPa(vv324350    e C  ,)kPa(T 

  osat  338150   .

Justifique a solução adotada com base na teoria pertinente.

14. Um tanque cilíndrico rígido e indeformável de 1m3

  de volume interno, posicionadohorizontalmente, é dotado de um pistão móvel cujo volume é igual a 10% do volume dado. O pistão separa ar e água, inicialmente a 100oC. No estado dado, o volume ocupado pelo ar éigual a 75% do volume ocupado pelo vapor d’água, no caso, vapor saturado seco. O sistemaestá em equilíbrio térmico e mecânico.

a)  Determinar as massas da água e do ar. b)  Determinar o volume ocupado pelo ar e pela água, no estado de equilíbrio termo-

mecânico para o qual a temperatura é de 80oC e o título da água, se for o caso.c)  Ilustre os estados no diagrama p-v.