Lista de Exercícios 1 - Termodinâmica Aplicada II

Lista de Exercícios 1 Termodinâmica Aplicada II Engenharia Química 1 Um recipiente rígido equipado com um agitador contém 15 kg de óleo de motor Determine a taxa de aumento da energia específica considerando que o calor é transferido para o óleo a uma taxa de 10 W e 15 W de potência é aplicado ao dispositivo de agitação Resp 167 Wkg 2 Um tanque rígido está dividido em duas partes iguais por uma partição Inicialmente um lado do tanque contém 5 kg de água a 200 kPa e 25 C e o outro lado está evacuado A partição é removida e a água se expande ocupando todo o tanque Suponha que a água troque calor com a vizinhança até que a temperatura no tanque retorne ao valor inicial de 25 C Determine a O volume do tanque b A pressão final c A transferência de calor ocorrida no processo Resp a 0005 m3 b 31698 kPa c 025 kJ 3 Um tanque rígido bem isolado contém 2 kg de uma mistura saturada de líquido e vapor de água a 150 kPa Inicialmente verificase que 34 da massa estão na fase líquida Um resistor elétrico colocado no tanque é conectado a uma fonte de 110 V e uma corrente de 80 A flui pelo resistor quando o interruptor é ligado Determine quanto tempo levará para evaporar todo o líquido do tanque Mostre também o processo em um diagrama Tv que inclua as linhas de saturação Resp 4560 min 4 Uma certa quantidade de vapor de água saturado a 200 C é condensada isotermicamente para líquido saturado em um arranjo pistãocilindro Calcule a transferência de calor e o trabalho realizado durante esse processo em kJkg Resp 196 kJkg 193974 kJkg 5 Um vaso rígido de 10 L inicialmente contém uma mistura de líquido e vapor de água a 100 C com título de 123 A mistura é então aquecida até que sua temperatura seja de 150 C Calcule a transferência de calor necessária para este processo Resp 4684 kJ 6 Um arranjo pistãocilindro isolado contém 50 L de água líquida saturada à pressão constante de 175 kPa A água é agitada por uma roda de pás enquanto uma corrente de 80 A flui por 45 min por um resistor colocado na água Considerando que metade do líquido evapora durante esse processo a uma pressão constante e o trabalho da roda de pás é de 400 kJ determine a tensão da fonte Mostre também o processo em um diagrama Pv que inclua as linhas de saturação Resp 22383 V 7 Uma massa de 08 kg de líquido saturado de R134a com temperatura inicial de 5 C está contida em um arranjo pistãocilindro bem isolado Esse arranjo contém uma resistência elétrica como mostra a figura abaixo no qual 10 V são aplicados fazendo uma corrente de 20 A fluir pela resistência Determine a temperatura final e o tempo necessário para que o refrigerante seja convertido em vapor saturado Resp A temperatura permanece constante 225 h 8 Dois tanques tanque A e tanque B são separados por uma partição Inicialmente o tanque A contém 2 kg de vapor a 1 MPa e 300 C enquanto o tanque B contém 3 kg de uma mistura saturada de líquido e vapor com a fração em massa de vapor igual a 50 e temperatura de 150 C A partição é então removida e os dois lados se misturam até que seja estabelecido o equilíbrio mecânico e térmico Considerando que a pressão no estado final é de 300 kPa determine a A temperatura e o título do vapor se houver mistura no estado final b A perda de calor dos tanques Resp a 13352 C 0364 b 396059 kJ 9 Qual é a variação na entalpia do oxigênio em kJkg quando sua temperatura varia de 150 a 200 C Há diferença se a temperatura fosse variada de 0 a 50 C A pressão no início e no final desse processo tem algum efeito sobre a variação de entalpia Resp 4780 kJkg 4590 kJkg A pressão não tem influência na entalpia de um gás ideal 10 Determine a variação da energia interna 𝑢 do hidrogênio em kJkg quando ele é aquecido de 200 para 800 K usando a A equação empírica do calor específico em função da temperatura b O valor de cv a uma temperatura média c O valor de cv à temperatura ambiente Resp a 624326 kJkg b 623340 kJkg c 610980 kJkg 11 Um tanque isolado e rígido contém inicialmente 070 kg de hélio a 30 C e 350 kPa Uma roda de pás com uma potência de 15 W agita o gás hélio no tanque por 30 minutos Determine a A temperatura final b A pressão final do gás hélio Resp a 31167 K 3867 C b 360 kPa 12 Um arranjo pistãocilindro contém inicialmente 05 m3 de gás nitrogênio a 400 kPa e 27 C Um aquecedor resistivo elétrico dentro do dispositivo é ligado e passa a circular uma corrente de 20 A por cinco minutos a partir de uma fonte de 120 V O nitrogênio se expande a pressão constante e uma perda de calor de 2800 J ocorre durante o processo Determine a temperatura final do nitrogênio Resp 5673 C 13 Um arranjo pistãocilindro contém ar inicialmente a 150 kPa e 27 C Nesse estado o pistão repousa sobre um par de batentes conforme mostra a figura e o volume confinado é de 400 L A massa do pistão é tal que é necessária uma pressão de 350 kPa para movêlo O ar é então aquecido até que seu volume dobre Determine a A temperatura final b O trabalho realizado pelo ar c O calor total transferido para o ar Resp a 1400 K b 140 kJ c 76972 kJ 14 Uma sala de 40 m x 50 m x 60 m deve ser aquecida por um aquecedor elétrico Desejase que o aquecedor tenha capacidade para elevar a temperatura do ar na sala de 5 C para 25 C em 11 min Considerando que a sala não perde calor e uma pressão atmosférica de 100 kPa determine a potência necessária do aquecedor Considere calores específicos constantes à temperatura ambiente Resp 326 kW 15 O quarto de uma estudante possui dimensões de 40 m x 60 m x 60 m Ela liga um ventilador de 150 W antes de deixar o quarto em um dia de verão esperando que o mesmo esteja mais fresco quando ela voltar à noite Considerando que todas as portas e janelas estejam bem fechadas e descartando qualquer transferência de calor pelas paredes e janelas determine a temperatura da sala quando a estudante voltar 10 horas mais tarde Use valores de calor específico à temperatura ambiente e considere que a sala está a 100 kPa e 15 C quando a estudante sai de manhã Resp 33127 K 5827 C 16 Um sistema fechado contendo 20 kg de ar a 200 C passa por um processo isotérmico de 600 kPa para 80 kPa Determine o volume inicial desse sistema o trabalho realizado e a transferência de calor durante esse processo Resp 0454 m3 54810 kJ 43810 kJ 17 Um determinado volume de argônio é comprimido em um processo politrópico com n 12 de 120 kPa e 10 C para 800 kPa em um arranjo pistãocilindro Determine o trabalho produzido e o calor transferido durante esse processo de compressão em kJkg Resp 10937 kJkg 7652 kJkg 18 Uma massa de 15 kg de ar em um arranjo pistãocilindro é aquecida de 25 C para 77 C pela passagem da corrente fornecida por um aquecedor elétrico dentro do cilindro A pressão no interior do cilindro é mantida constante em 300 kPa durante o processo e nele ocorre uma perda de calor de 60 kJ Determine a energia elétrica fornecida em kWh Resp 0235 kwh 19 Argônio está contido em um cilindro equipado com um pistão Inicialmente o argônio está a 100 kPa e 27 C ocupando um volume de 04 m3 O argônio é então comprimido enquanto a temperatura é mantida constante até que seu volume seja de 02 m3 Em seguida o argônio expandese enquanto a pressão é mantida constante até que o volume seja de 06 m3 a Esboce ambos os processos em um único diagrama PV mostrando a direção dos processos e identifique os estados finais como 1 2 e 3 b Determine a quantidade total de calor líquido transferido para o argônio em kJ durante os processos combinados Resp b 17222 kJ 20 Um bloco de ferro de 50 kg a 80 C é mergulhado em um tanque termicamente isolado que contém 05 m3 de água líquida a 25 C Determine a temperatura quando o equilíbrio térmico for atingido Resp 2558 C