Prova Termodinâmica Aplicada Engenharia Mecânica FAESA - Questões e Instruções

FAESA CENTRO UNIVERSITÁRIO VALOR DA PROVA 60 PONTOS Unidade UNIDADE DE ENGENHARIA E COMPUTAÇÃO Curso Engenharia Mecânica Disciplina TERMODINÂMICA APLICADA Professor LÚCIO P PATROCÍNIO Nota Nome do Aluno Turma Data Orientações 1 O tempo total para a resolução da prova é de 1 hora e 30 minutos 2 Esta prova é individual É vedada qualquer comunicação ou troca de material entre os presentes consultas a material bibliográfico cadernos ou anotações de qualquer espécie 3 Mantenha apenas caneta lápis lapiseira borracha régua e calculadora científica em sua posse 4 Não serão aceitas reclamações de provas resolvidas com lápis rasuradas ou com uso de corretivo 5 A prova deverá ser realizada com caneta preta ou azul 6 O celular ou qualquer dispositivo eletrônico não pode ser utilizado em nenhuma hipótese 7 Para cada uma das questões OBJETIVAS você deverá assinalar apenas UMA resposta Será anulada a questão com a marcação de mais de uma alternativa mesmo que uma das respostas esteja correta 8 Para as questões DISCURSIVAS todos os cálculos deverão constar na folha de resposta A atribuição da pontuação em cada questão levará em conta a complexidade do assunto e a argumentação utilizada 9 Nos primeiros 20 minutos de prova nenhum aluno poderá deixar a sala Após este prazo nenhum aluno poderá entrar em sala 10 Os valores das questões estão no enunciado das mesmas 1 Valor 10 ponto Sabese que para a água a tabela de líquido comprimido começa com a pressão de 5 MPa Se você tiver um problema no qual a água encontrase em um estado de líquido comprimido a temperatura de 25 C e Pressão de 100 kPa como você faria para estimar o valor da energia interna específica desse líquido a Usaria o valor da energia interna específica de uma Mistura bifásica de 50 de líquido saturado e 50 de vapor saturado a mesma pressão b Usaria o valor da energia interna específica de um Líquido saturado a mesma pressão c Usaria o valor da energia interna específica de um Líquido saturado a mesma temperatura d Usaria o valor da energia interna específica de um Vapor saturado a mesma temperatura e Usaria o valor da energia interna específica de um Vapor saturado a mesma pressão 2 Valor 10 ponto A respeito de gases ideais podese afirmar o seguinte I Para um gás tratado como ideal cP cV R em que R é a constante dos gases para o gás cv é o calor específico a volume constante e cp é o calor específico a pressão constante II Para gases tratados como ideais a razão cvcp deve ser maior que a unidade III Um gás pode ser tratado como ideal se Z 1 fator de compressibilidade A alternativa que contém as afirmativas verdadeiras é a I e III b II e III c Somente I d Somente II e Somente III 3 Valor 10 ponto Quando se diz que uma mistura bifásica possui um título igual a 75 isso implica que I A razão entre a massa de líquido e a massa dessa mistura é igual a 25 II A razão entre a massa de vapor e a massa total dessa mistura é igual a 25 III A energia interna específica u dessa mistura será dada por 𝒖 𝟕𝟓 𝒖𝒈 𝟐𝟓 𝒖𝒇 em que 𝒖𝒈 é a energia interna específica do vapor saturado e 𝒖𝒇 é a energia interna específica do líquido saturado IV O volume interno específico v dessa mistura será dada por 𝒗 𝟕𝟓 𝒗𝒇 𝟐𝟓 𝒗𝒈 em que 𝒗𝒈 é o volume interno específica do vapor saturado e 𝒗𝒇 é o volume interno específico do líquido saturado A alternativa que contém as afirmativas verdadeiras é a I e II b II e III c III e IV d I e III e II e IV 4 DISCURSIVA Valor 15 pontos Dióxido de carbono M 4401 kgkmol Tcr 304 K Pcr 739 MPa R 01889 kJkgK inicialmente a 222 MPa e 456 K é aquecido a uma pressão constante até que seu volume tenha aumentado em 30 Determine a temperatura final usando a a equação de estado do gás ideal e b o fator de compressibilidade Dicause o valor do volume pseudoreduzido 5 DISCURSIVA Valor 15 pontos Um conjunto cilindropistão contém água inicialmente como líquido saturado a 190C A água é aquecida a temperatura constante até o estado de mistura bifásica com título X 30 a Determine a quantidade de calor por unidade de massa kJkg necessária para produzir a mudança descrita no enunciado b Considerando a massa total de água como sendo 05 kg determine o trabalho kJ realizado pela água sobre o pistão FORMULÁRIO X mvm v m v lim0 1 g ℜ 8314 𝑘𝐽 𝑘𝑚𝑜𝑙𝐾 1 2 1 2 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 U U z mg z V mV W Q E U EC EP 2 1 1 2 p d W Q W 𝐶𝑂𝑃𝑏𝑐 𝑄𝑞 𝑊𝑢 V m V V lim 2 1 1 2 ln ln P P mRT mRT W 1 2 T T m c H p 1 2 1 2 H H Q 1 2 T T m c U v p A F p U H n p p W 1 1 1 2 2 v v T u c cte p T k k 1 cte p v k p p T h c cte v T k 1 T 0 Q T rev Q dS v p c c k f q u Q Q W 1 2 1 2 ln ln p p R T T c s p T Q dS 0 viz sis ger S S S vdp dh Tds q f Q 1 Q q f T 1 T 𝑇𝑟 𝑇 𝑇𝑐𝑟 𝑣𝑟 𝑣𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑅𝑇𝑐𝑟𝑃𝑐𝑟 𝑃 𝑎 𝑣2 𝑣 𝑏 𝑅𝑇 𝑃𝑟 𝑃 𝑃𝑐𝑟 1 𝑎 27 𝑅2 𝑇𝑐𝑟 2 64 𝑃𝑐𝑟 𝑍 𝑣𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑣𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 g B A d 𝑃 ℜ 𝑇 𝑣2 1 𝑐 𝑣 𝑇3 𝑣 𝐵 𝐴 𝑣2 𝑍 𝑝𝑣 𝑅𝑇 𝑅 ℜ 𝑀 𝑝 𝑚𝑅 𝑇 𝑝 𝑣 ℜ 𝑇 𝑝 𝑣 𝑅 𝑇 𝑝 𝑛 ℜ 𝑇 𝑄 𝑄 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑈 𝑚 𝑐 𝑇 𝜂 𝑊𝑢 𝑄𝑞 𝐴 𝐴𝑜 1 𝑎 𝑣 𝑏 𝑅 𝑇𝑐𝑟 8 𝑃𝑐𝑟 𝐵 𝐵𝑜 1 𝑏 𝑣 𝑃 𝑅𝑇 𝑣 𝑎𝑇 𝑣2 𝑏𝑇 𝑣3 𝑐𝑇 𝑣4 𝑄 𝑊 𝑚 ℎ2 ℎ1 𝑔𝑧2 𝑧1 1 2 𝑉2 2 𝑉1 2 32 9 5 32 5 9 F c C F T T T T 67 459 15 273 F R C K T T T T q f q f u f ref T T T T W Q COP 1 u q bc W COP Q Tabela A4 Propriedades da água saturada líquido e vapor entrada de temperaturas Specific volume m³kg Internal energy kJkg Enthalpy kJkg Entropy kJkg K Temp C Sat press kPa Sat liquid Sat vapor Sat liquid Evap Sat vapor Sat liquid Evap Sat vapor Sat liquid Evap Sat vapor T Psat vf vg uf ufg ug hf hfg hg sf sfg sg 001 06113 0001000 20614 00 23753 23753 001 25013 25014 0000 91562 91562 5 08721 0001000 14712 2097 23613 23823 2098 24896 25106 00761 89496 90257 10 12276 0001000 10638 4200 23472 23892 4201 24777 25198 01510 87498 89008 15 17051 0001001 7793 6299 23331 23961 6299 24659 25289 02245 85569 87814 20 2339 0001002 5779 8395 23190 24029 8396 24541 25381 02966 83706 86672 25 3169 0001003 4336 10488 23049 24098 10489 24423 25472 03674 81905 85580 30 4246 0001004 3289 12578 22908 24166 12579 24305 25563 04369 80164 84533 35 5628 0001006 2522 14667 22767 24234 14668 24186 25653 05053 78478 83531 40 7384 0001008 1952 16756 22626 24301 16757 24067 25743 05725 76845 82570 45 9593 0001010 1526 18844 22484 24368 18845 23948 25832 06387 75261 81648 50 12349 0001012 1203 20932 22342 24435 20933 23827 25921 07038 73725 80763 55 15758 0001015 9568 23021 22199 24501 23023 23707 26009 07679 72234 79913 60 19940 0001017 7671 25111 22055 24566 25113 23585 26096 08312 70784 79096 65 2503 0001020 6197 27202 21911 24631 27206 23462 26183 08935 69375 78310 70 3119 0001023 5042 29295 21766 24696 29298 23338 26268 09549 68004 77553 75 3858 0001026 4131 31390 21620 24759 31393 23214 26353 10155 66669 76824 80 4739 0001029 3407 33486 21474 24822 33491 23088 26437 10753 65369 76122 85 5783 0001033 2828 35584 21326 24884 35590 22960 26519 11343 64102 75445 90 7014 0001036 2361 37685 21177 24945 37692 22832 26601 11925 62866 74791 95 8455 0001040 1982 39788 21027 25006 39796 22702 26681 12500 61659 74159 Sat press MPa 100 010135 0001044 16729 41894 20876 25065 41904 22570 26761 13069 60480 73549 105 012082 0001048 14194 44002 20723 25124 44015 22437 26838 13630 59328 72958 110 014327 0001052 12102 46114 20570 25181 46130 22302 26915 14185 58202 72387 115 016906 0001056 10366 48230 20414 25237 48248 22165 26990 14734 57100 71833 120 019853 0001060 08919 50350 20258 25293 50371 22026 27063 15276 56020 71296 125 02321 0001065 07706 52474 20099 25346 52499 21885 27135 15813 54962 70775 130 02701 0001070 06685 54602 19939 25399 54631 21742 27205 16344 53925 70269 135 03130 0001075 05822 56735 19777 25450 56769 21596 27273 16870 52907 69777 140 03613 0001080 05089 58874 19613 25500 58913 21447 27339 17391 51908 69299 145 04154 0001085 04463 61018 19447 25549 61063 21296 27403 17907 50926 68833 150 04758 0001091 03928 63168 19279 25595 63220 21143 27465 18418 49960 68379 155 05431 0001096 03468 65324 19108 25641 65384 20986 27524 18925 49010 67935 160 06178 0001102 03071 67487 18935 25684 67555 20826 27581 19427 48075 67502 165 07005 0001108 02727 69656 18760 25725 69734 20662 27635 19925 47153 67078 170 07917 0001114 02428 71833 18581 25765 71921 20495 27687 20419 46244 66663 175 08920 0001121 02168 74017 18400 25802 74117 20324 27736 20909 45347 66256 180 10021 0001127 019405 76209 18216 25837 76322 20150 27782 21396 44461 65857 185 11227 0001134 017409 78410 18029 25870 78537 19971 27824 21879 43586 65465 190 12544 0001141 015654 80619 17838 25900 80762 19788 27864 22359 42720 65079 195 13978 0001149 014105 82837 17644 25928 82998 19600 27900 22835 41863 64698 Fator de compressibilidade Z pVRT 020 030 040 050 060 070 080 090 100 110 120 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Pressão reduzida pR Fig A2 Diagrama de compressibilidade generalizado pR 100 Fonte E F Obert Concepts of Thermodynamics McGrawHill New York 1960