Lista de Exercícios Resolvidos Termodinâmica - Sistemas e Aplicações

Lista de Exercícios Sistemas Termodinâmicos 1 Complete a tabela abaixo com os valores que estão faltando 2 Um veículo a álcool possui potência de 80 cv com rendimento de 33 Sabendose que o poder calorífico do álcool combustível é de 5380 kcalL calcule o consumo deste motor em Lh 3 O conjunto cilindropistão mostrado na figura ao lado contém ar a 300 kPa e 350 C O pistão de 50 kg apresenta diametro igual a 015 m e inicialmente pressiona os esbarros A pressão e a temperatura atmosféricas são iguais a 100 kPa e 22 C e a aceleracão local da gravidade é de 98 ms O cilindro é resfriado pela transferência de calor para o ambiente Dado R 0287 kJkg K a a Em que temperatura o pistão comeca a se mover b b Qual será o deslocamento do pistão quando o ar contido no conjunto apresentar temperatura igual a atmosférica c c Represente o processo num diagrama pv 4 Um conjunto cilindropistão contém 12 kg de amonia a 20 ºC e volume inicial de 1m³ Nesse estado o pistão está apoiado sobre esbarros A pressão interna necessária para erguer o pistão dos esbarros de modo que ele flutue é de 800 kPa A amonia é aquecida vagarosamente até que a temperatura atinja 40 ºC situação m g cp calgC Q cal T ºC I 150 15 500 II 250 1000 5 III 15 3000 15 IV 350 32 13500 V 52 37500 25 Determine a O estado 1 e suas propriedades b O volume final 5 Ar a 10 C e 80 kPa entra no difusor de um motor a jato com uma velocidade de 200 ms A area de entrada do difusor e de 04 m² O ar sai do difusor com uma velocidade muito pequena comparada a velocidade de entrada Determine a o fluxo de massa de ar e ba temperatura do ar na saída do difusor 6 Vapor de agua a 1600 kPa e 350 C entra em um bocal cuja area de entrada tem 002 m² A vazão massica de vapor e de 450 kgs O vapor sai do bocal a 1400 kPa com uma velocidade de 270 ms O calor perdido do bocal por unidade de massa e estimado em 300 kJkg Determine a a velocidade de entrada e ba temperatura de saída do vapor 7 Complete o quadro com as unidades do sistema internacional e o respectivo símbolo GRANDEZA UNIDADE SIMBOLO Comprimento Massa Tempo Corrente Elétrica Temperatura 8 Faça as conversões abaixo a 2318 kca J b 2000 kwh J c 30 hp Watt d 30 cv Watt 9 Escreva os números abaixo em notação científica a 3560 000 000 b 706 000 000 c 0000 000 492 d 0000 003 024 10 Complete o quadro Número Casas decimais Algarismo significativo 000047 34568 3700000 236 x 1032 0100005 0000015 11 Anote cada uma das 4 leituras indicadas pelas setas atenção para o número de algarismos significativos a b c d 12 O resultado de um calculo não pode conter mais significativos que os dados de entrada Faca os cálculos abaixo e anote o que aparecer no visor da calculadora e a resposta com o número correto de algarismos significativos Cálculo Visor da calculadora Resposta 19 km 3 190 km 3 1900 km 3 0019 km 3 13 Temse um cubo metalico de aresta 5 cm e massa de 98375 g Calcule a a densidade b o volume específivo c a densidade relativa d o peso específico Baseado nas resposta acima diga qual é o material desse cubo 14 Complete o quadro Escal a Celsi us Fahrenh eit Kelvi n a 375 b 716 c 0 d 10 e 4 15 Complete a 1 atm Pa b 1 mm Hg Pa c 1 kgfcm² Pa d 1 bar Pa e 1 Nm² Pa f 1 lbfpol² Pa 16 Resolva o problema a seguir 17 Resolva o problema a seguir 18 Resolva o problema a seguir 19 Resolva o problema a seguir 196 O piloto de um avião lê a altitude de 9000 m e a pressão absoluta de 25 kPa ao sobrevoar uma cidade Calcule a pressão atmosférica local daquela cidade em kPa e em mm Hg Considere que as densidades do ar e do mercúrio são 115 kgm³ e 13600 kgm³ respectivamente 1 Complete a tabela abaixo com os valores que estão faltando situação m g cp calgºC Q cal ΔT C I 150 15 500 II 250 1000 5 III 15 3000 15 IV 350 32 13500 V 52 37500 25 Situação I ΔT₁ 500 cal 150 g 15 cal g C 222 C Situação II Cp₂ 1000 cal 5 C 250 g 08 cal g C Situação III m₃ 3000 cal 15 C 15 cal g C 13333 g Situação IV ΔT₄ 13500 cal 350 g 32 cal g C 1205 C Situação V m₅ 37500 cal 25 C 52 cal g C 28846 g 2 Um veículo a álcool possui potência de 80 cv com rendimento de 33 Sabendose que o poder calorífico do álcool combustível é de 5380 kcalL calcule o consumo deste motor em Lh Pmotor 80 hp Pcal 5380 kcal L ηmotor 33 Consumo Pmotor Pcal ηmotor 28892 L hr 3 O conjunto cilindropistão mostrado na figura ao lado contém ar a 300 kPa e 350 C O pistão de 50 kg apresenta diâmetro igual a 015 m e inicialmente pressiona os esbarros A pressão e a temperatura atmosféricas são iguais a 100 kPa e 22 C e a aceleração local da gravidade é de 98 ms O cilindro é resfriado pela transferência de calor para o ambiente aa Em que temperatura o pistão começa a se mover bb Qual será o deslocamento do pistão quando o ar contido no conjunto apresentar temperatura igual à atmosférica cc Represente o processo num diagrama pv P1pist 300 kPa mpist 50 kg dpist 015 m g 981 m s2 Tpist 350 C Patm 100 kPa Tamb 22 C hpist 25 cm Rar 0287 kJ kg K P2pist P1pist mpist g 2 π dpist² 4 3277566 kPa Vpist π dpist² 4 hpist 00044 m³ mar P1pist Vpist Rar Tpist 00074 kg Temperatura do pistão começa a se mover Tmpist P2pist Vpist mar Rar 68081 K Questão a Volume apos o deslocamento V3pist mar Rar Tamb P2pist 00019 m³ Deslocamento do pistão h3desl V3pist π dpist² 4 2 01084 m Questão b Diagrama pxv Questão c 4 Um conjunto cilindropistão contém 12 kg de amônia a 20 C e volume inicial de 1m³ Nesse estado o pistão está apoiado sobre esbarros A pressão interna necessária para erguer o pistão dos esbarros de modo que ele flutue é de 800 kPa A amônia é aquecida vagarosamente até que a temperatura atinja 40 C Determine a O estado 1 e suas propriedades b O volume final mp 12 kg vinic 1 m³ v1amon Vinic mp 00833 m³ kg v1amo 0001601 m³ kg vgamo 02053 m³ kg x1amon v1amon vlamo vgamo vlamo 04012 Estado 1 sendo uma mistura saturada com as propriedades abaixo P1amo 615 kPa T1amo 10 C v1amon 00833 m³ kg x1amon 4012 No estado 2 com as propriedades abaixo indo na tabela para encontrar o volume especifico P2amon 800 kPa T2amo 40 C v2amon 01772 m³ kg Volume Final Vfin mp v2amon 21264 m³ 5 Ar a 10 C e 80 kPa entra no difusor de um motor a jato com uma velocidade de 200 ms A área de entrada do difusor é de 04 m² O ar sai do difusor com uma velocidade muito pequena comparada à velocidade de entrada Determine a o fluxo de massa de ar e b a temperatura do ar na saída do difusor P180 kPa T110 C V1200 ms A104 m² T2 a Para determinar o fluxo de massa em primeiro lugar temos que encontrar o volume específico do ar Isso é determinado a partir da equação do gás ideal na condição de entrada v1 RT1P1 1015 m³kg Então m 1v1 V1A1 200 ms04 m² 788 kgs Como o escoamento é em regime permanente o fluxo de massa através de todo o difusor permanecerá constante nesse valor b Sob as hipóteses e observações declaradas o balanço de energia aplicado a esse volume de controle em regime permanente pode ser expresso em forma de taxa como a velocidade na saída de um difusor em geral é pequena quando comparada à velocidade na entrada V2 V1 assim a energia cinética na saída pode ser desprezada A entalpia do ar na entrada do difusor é determinada a partir da tabela do ar Tab A17 como h1 28314 kJkg Substituindo obtemos h2 28314 kJkg 0 200 ms2 2 1 kJkg 1000 m2s2 30314 kJkg Na Tab A17 a temperatura correspondente a esse valor de entalpia é T2 303 K Discussão Esse resultado mostra que a temperatura do ar aumentou em cerca de 20 C em consequência de sua desaceleração no difusor O aumento da temperatura do ar devese principalmente à conversão de energia cinética em energia interna h2 h1 Qout velsai2 velent2 2 281032 kJkg P2 1400 kPa h2 281032 kJkg T2 2027 C Utilizando os dados ao lado indo na tabela de vapor super aquecido encontrase a temperatura abaixo 13 Temse um cubo metálico de aresta 5 cm e massa de 98375 g Calcule a a densidade b o volume específico c a densidade relativa d o peso específico are 5 cm vcub are³ 00001 m³ ρH2O 1000 kgm³ mcub 98375 g Volume Especifico Massa Especifica Desidade Densidade Relativa Vesp Vcubmcub 00001 m³kg mesp mcubVcub 7870 kgm³ ρesp mcubVcub 7870 kgm³ SGesp mespρH2O 787 164 Um barômetro básico pode ser usado para medir a altura de um prédio Determine a altura do prédio quando as leituras barométricas no alto e na parte inferior são de 675 e 695 mm Hg respectivamente Considere as densidades do ar e do mercúrio como 118 kgm³ e 13600 kgm³ respectivamente Ptop ρghtop 13600 kgm³981 ms²0675 m 1 N 1 kgms²1 kPa 1000 Nm² 9006 kPa Pbottom ρghbottom 13600 kgm³981 ms²0695 m 1N 1kgms²1 kPa 1000 Nm² 9272 kPa WairA Pbottom Ptop ρghair Pbottom Ptop 118 kgm³981 ms²h1 N 1 kgms²1 kPa 1000 Nm² 9272 9006 kPa Isolando h h 231 m 175 A pressão sanguínea máxima no antebraço de uma pessoa saudável é de aproximadamente 120 mmHg Se um duto vertical aberto para a atmosfera estiver conectado a um vaso sanguíneo do braço da pessoa determine até onde o sangue subirá dentro do duto Considere a densidade do sangue como 1050 kgm³ P ρblood g hblood ρmercury g hmercury hblood ρmercuryρblood hmercury 13600 kgm³ 1050 kgm³ 012 m 155 m 176 Determine a pressão exercida sobre um mergulhador a 30 m abaixo da superfície livre do mar Considere uma pressão barométrica de 101 kPa e uma densidade relativa de 103 para a água do mar ρ SG x ρH2O 1031000 kgm³ 1030 kgm³ P Patm ρgh 101 kPa 1030 kgm³9807 ms²30 m 1 kPa 1000 Nm² 404 kPa 196 O piloto de um avião lê a altitude de 9000 m e a pressão absoluta de 25 kPa ao sobrevoar uma cidade Calcule a pressão atmosférica local daquela cidade em kPa e em mm Hg Considere que as densidades do ar e do mercúrio são 115 kgm³ e 13600 kgm³ respectivamente Patm Pplane ρgh 25 kPa 115 kgm³981 ms²9000 m 1 kN 1000 kgms² 1265 kNm² 127 kPa hHg Patm ρg 1265 kPa 13600 kgm³981 ms² 1000 Pa 1 kPa1000 mm 1 m 948 mmHg Lista de Exercícios Sistemas Termodinâmicos 1 Complete a tabela abaixo com os valores que estão faltando 2 Um veículo a álcool possui potência de 80 cv com rendimento de 33 Sabendose que o poder calorífico do álcool combustível é de 5380 kcalL calcule o consumo deste motor em Lh 3 O conjunto cilindropistão mostrado na figura ao lado contém ar a 300 kPa e 350 C O pistão de 50 kg apresenta diametro igual a 015 m e inicialmente pressiona os esbarros A pressão e a temperatura atmosféricas são iguais a 100 kPa e 22 C e a aceleracão local da gravidade é de 98 ms O cilindro é resfriado pela transferência de calor para o ambiente Dado R 0287 kJkg K a a Em que temperatura o pistão comeca a se mover b b Qual será o deslocamento do pistão quando o ar contido no conjunto apresentar temperatura igual a atmosférica c c Represente o processo num diagrama pv 4 Um conjunto cilindropistão contém 12 kg de amonia a 20 ºC e volume inicial de 1m³ Nesse estado o pistão está apoiado sobre esbarros A pressão interna necessária para erguer o pistão dos esbarros de modo que ele flutue é de 800 kPa A amonia é aquecida vagarosamente até que a temperatura atinja 40 ºC situação m g cp calgC Q cal T ºC I 150 15 500 II 250 1000 5 III 15 3000 15 IV 350 32 13500 V 52 37500 25 Determine a O estado 1 e suas propriedades b O volume final 5 Ar a 10 C e 80 kPa entra no difusor de um motor a jato com uma velocidade de 200 ms A area de entrada do difusor e de 04 m² O ar sai do difusor com uma velocidade muito pequena comparada a velocidade de entrada Determine a o fluxo de massa de ar e ba temperatura do ar na saída do difusor 6 Vapor de agua a 1600 kPa e 350 C entra em um bocal cuja area de entrada tem 002 m² A vazão massica de vapor e de 450 kgs O vapor sai do bocal a 1400 kPa com uma velocidade de 270 ms O calor perdido do bocal por unidade de massa e estimado em 300 kJkg Determine a a velocidade de entrada e ba temperatura de saída do vapor 7 Complete o quadro com as unidades do sistema internacional e o respectivo símbolo GRANDEZA UNIDADE SIMBOLO Comprimento Metro m Massa Quilograma kg Tempo Segundos s Corrente Elétrica Ampère A Temperatura Kelvin K 8 Faça as conversões abaixo a 2318 kca 97050024 J b 2000 kwh 72 109 J c 30 hp 22370996 Watt d 30 cv 22370996 Watt 9 Escreva os números abaixo em notação científica a 3560 000 000 356 109 b 706 000 000 706 108 c 0000 000 492 492 107 d 0000 003 024 3024 106 10 Complete o quadro Número Casas decimais Algarismo significativo 000047 5 2 34568 2 2 3700000 5 0 236 x 1032 32 1 0100005 6 2 0000015 6 2 11 Anote cada uma das 4 leituras indicadas pelas setas atenção para o número de algarismos significativos a 8 psi b 12 psi c 155 psi d 20 psi 12 O resultado de um calculo não pode conter mais significativos que os dados de entrada Faca os cálculos abaixo e anote o que aparecer no visor da calculadora e a resposta com o número correto de algarismos significativos Cálculo Visor da calculadora Resposta 19 km 3 0633333333 063 190 km 3 6333333333 633 1900 km 3 6333333333 63 0019 km 3 6333333333 63 13 Temse um cubo metalico de aresta 5 cm e massa de 98375 g Calcule a a densidade b o volume específivo c a densidade relativa d o peso específico Baseado nas respostas acima diga qual é o material desse cubo 14 Complete o quadro Escala Celsius Fahrenheit Kelvin a 375 707 64815 b 380 716 65315 c 27315 45967 0 d 10 50 28315 e 20 4 25315 15 Complete a 1 atm 101325 Pa b 1 mm Hg 1333224 Pa c 1 kgfcm² 980665 Pa d 1 bar 100000 Pa e 1 Nm² 1 Pa f 1 lbfpol² 68947573 Pa 16 Resolva o problema a seguir 17 Resolva o problema a seguir 18 Resolva o problema a seguir 19 Resolva o problema a seguir 196 O piloto de um avião lê a altitude de 9000 m e a pressão absoluta de 25 kPa ao sobrevoar uma cidade Calcule a pressão atmosférica local daquela cidade em kPa e em mm Hg Considere que as densidades do ar e do mercúrio são 115 kgm³ e 13600 kgm³ respectivamente 196 O piloto de um avião lê a altitude de 9000 m e a pressão absoluta de 25 kPa ao sobrevoar uma cidade Calcule a pressão atmosférica local daquela cidade em kPa e em mm Hg Considere que as densidades do ar e do mercúrio são 115 kgm³ e 13600 kgm³ respectivamente P Patmos h ρ g 25 10³ 115 981 9000 25000 Patmos 10153450 Patmos 25000 10153450 Patmos 7653450 Patmos 7653 kPa 57437 mm Hg 13600 076