Lista de Exercícios - Termodinâmica - Çengel e Boles - Refrigerante R-134a e Vapor de Água

LISTA DE EXERCÍCIOS 2 Fonte Çengel YA Boles MA Termodinâmica 5 ed McGraw Hill 2006 334 Um arranjo pistãocilindro contém 085 kg de refrigerante134a a 10ºC O pistão que está livre para se movimentar possui uma massa de 12 kg e um diâmetro de 25 cm A pressão atmosférica local é de 88 kPa Calor é transferido para o refrigerante134a até que a temperatura atinja 15ºC Determine a a pressão final b a variação do volume do cilindro e c a variação da entalpia do refrigerante134a 346 Um tanque rígido de volume igual a 25 m3 contém 15 kg de mistura líquido vapor de água a 75ºC Em seguida a água é aquecida lentamente Determine a temperatura na qual o líquido do tanque é completamente vaporizado Identifique o processo em diagrama Tv com relação às linhas de saturação Resposta 187ºC 351 Um arranjo pistãocilindro contém inicialmente 50 L de água líquida a 40ºC e 200 kPa Calor é transferido à água a pressão constante até que todo o líquido seja vaporizado a Qual é a massa de água b Qual é a temperatura final c Determine a variação de entalpia total d Mostre o processo em um diagrama Tv com relação às linhas de saturação Respostas a 4961 kg b 12021ºC c 125943 kJ 356 Um tanque rígido contém vapor dágua a 250ºC a uma pressão desconhecida Quando o tanque for resfriado a 150ºC o vapor começará a condensar Estime a pressão inicial do tanque Resposta 060 Mpa 358 Um tanque rígido contém inicialmente 14 kg de uma mistura saturada de água a 200ºC Nesse estado 25 do volume é ocupado pelo líquido e o restante pelo vapor Calor é então fornecido à água até que o tanque contenha apenas vapor saturado Determine a o volume do tanque b a temperatura e pressão finais e c a variação de energia interna da água 369 Um tanque de 1 m3 contendo ar a 25ºC e 500 kPa está conectado por meio de uma válvula a um outro tanque contendo 5 kg de ar a 35ºC e 200 kPa A válvula é aberta e todo o sistema atinge equilíbrio térmico com a vizinhança que está a 20ºC Determine o volume do segundo tanque e a pressão de equilíbrio final do ar Resposta 221 m3 2841 kPa 3106 Uma massa de 10 kg de refrigerante134a superaquecido a 12 Mpa e 70ºC é resfriada a pressão constante até se encontrar sob a forma de líquido comprimido a 20ºC a Mostre o processo em um diagrama Tv com relação às linhas de saturação b Determine a variação de volume c Determine a variação da energia interna total Respostas b 0187 m3 c 1984 kJ 411 Uma massa de 24 kg de ar a 150 kPa e 12ºC está contida em um arranjo pistãocilindro bem vedado que não sofre atrito O ar é então comprimido até a pressão final de 600 kPa Durante o processo calor é transferido do ar para o ambiente externo de maneira que a temperatura dentro do cilindro permanece constante Calculo o trabalho realizado sobre o ar nesse processo Resposta 272 kJ 435 Um arranjo pistãocilindro contém inicialmente 08 m3 de vapor dágua saturado a 250 kPa Nesse estado o pistão está apoiado sobre um conjunto de batentes e a massa do pistão é tal que é necessária uma pressão de 300 kPa para movêlo Calor é então lentamente transferido para o vapor até que o volume dobre Mostre o processo em um diagrama Pv que inclua as linhas de saturação e determine a a temperatura final b o trabalho realizado durante esse processo e c o calor total transferido Respostas 662ºC b 240 kJ c 1213 kJ 453 Uma partição divide um tanque rígido isolado em duas partes iguais Inicialmente uma parte contém 4 kg de um gás ideal a 800 kPa e 50ºC e a outra parte está evacuada A partição é então removida e o gás se expande para todo o tanque Determine a temperatura e a pressão finais no tanque 58 Um tanque rígido de 1 m3 inicialmente contém ar com densidade igual a 118 kgm3 O tanque é conectado a uma linha de alimentação de alta pressão por meio de uma válvula A válvula é aberta e o ar entra no tanque até que densidade do ar no tanque suba para 72 kgm3 Determine a massa de ar que entrou no tanque Resposta 602 kg 531 Ar a 600 kPa e 500 K entra com velocidade de 120 ms em um bocal adiabático que tem relação entre a área de entrada e a área de saída de 21 e sai com velocidade de 380 ms Determine a a temperatura do ar na saída e b a pressão do ar na saída Respostas a 4365 K b 3308 kPa 544 Vapor escoa em regime permanente através de uma turbina adiabática As condições de entrada do vapor são 10 Mpa 450ºC e 80 ms e as condições de saída são 10 kPa 92 de título e 50 ms O fluxo de massa do vapor é de 12 kgs Determine a a variação da energia cinética b a potencia produzida e c a área de entrada da turbina Respostas a 195 kJkg b 102 MW c 000447 m2 551 Hélio deve ser comprimido de 120 kPa e 310 K até 700 kPa e 430 K Uma perda de calor de 20 kJkg ocorre durante o processo de compressão Desprezando as variações da energia cinética determine a potência necessária para um fluxo de massa de 90 kgmin 557 Refrigerante134a é estrangulado do estado de líquido saturado a 700 kPa até a pressão de 160 kPa Determine a perda de temperatura durante esse processo e o volume específico final do refrigerante Respostas 423ºC 00344 m3kg 559 Uma válvula bem isolada é usada para estrangular vapor dágua de 8 Mpa e 500ºC a 6 MPa Determine a temperatura final do vapor Resposta 4901ºC 573 Vapor dágua deve ser condensado no condensador de uma usina de potência a vapor a uma temperatura de 50ºC com água de resfriamento de um lago próximo que entra nos tubos do condensador a 18ºC a uma taxa de 101 kgs e sai a 27ºC Determine a taxa de condensação do vapor dágua no condensador Resposta 160 kgs 5106 Um tanque rígido e isolado que inicialmente está vazio é conectado por meio de uma válvula a uma linha de alimentação que transporta hélio a 200 kPa e 120ºC A válvula é aberta e o hélio escoa para o tanque até que a pressão atinja 200 kPa e nesse instante a válvula é fechada Determine o trabalho de escoamento realizado pelo hélio da linha de suprimento e a temperatura final do hélio no tanque Respostas 816 kJkg 655 K 5115 Um tanque de 012 m3 contém refrigerante134a saturado a 800 kPa Inicialmente 25 do volume é ocupado por líquido e o restante por vapor Uma válvula na parte inferior do tanque é aberta e líquido é retirado do tanque Calor é transferido para o refrigerante de forma que a pressão dentro do tanque permaneça constante A válvula é fechada quando nenhum líquido restar no tanque e começar a sair vapor Determine a transferência de calor total nesse processo Resposta 2012 kJ Fonte Winnick J Chemical Engineering Thermodynamics John Wiley Sons Inc 1997 Example 22 One grammole of an ideal gas is confined in a horizontal piston cylinder apparatus with a frictionless weightless piston It is reversibly expanded from an initial pressure of 3 atm to a final pressure of 1 atm The temperature is maintained at 300 K throughout How much work is done on the gas piston How much heat is transferred What are the initial and final volumes Answer 2740 J 2740 J 8206 cm3 24618 cm3 Example 25 A cooper bar weighing 10 kg is heated from 25ºC to 300ºC in an oven How much heat is required The constantpressure specific heat for copper is given by CPR a bT dT2 with T in degrees Kelvin K The constants for copper are a 2677 b 0815 x 103 and d 0035 x 105 Answer1099 kJ Example 29 A submersible pump Fig 27 is needed to fill a vessel on a platform with water from a very large diameter 10ftdeep tank If the flow is to be 10 galmin gpm and the discharge line is ½ in in diameter what is the minimum horsepower hp pump to do the job The level in the large tank is maintained constant Assume adiabatic operationAnswer004 hp into the system Example 213 A rigid tank Fig 29 1 m3 in volume is initially evacuated A large bodied valve on the tank is then quickly opened to the atmosphere 80oF and the tank is allowed to come to 1 atm pressure at which point the valve is quickly closed What is the temperature of the air that now fills the tank Assume the walls of the tank are perfectly insulating and that the air is an ideal gas with Cv 52RAnswer 296oF Example 214 A tank 1 m3 volume Fig 211 perfectly rigid and insulated is initially filled with air at 25oC 10 atm A valve on the tank is left open until half the air is discharged What is the pressure of the gas left in the tank Whatis its temperatureAnswer 47oC 379 atm Fonte Callen H B Thermodynamics and an introduction to thermostatistics 2 ed John Wiley Sons 1985 349 A tank has a volume of 01 m3 and is filled with He gas at a pressure of 5 x 106 Pa A second tank has a volume of 015 m3 and is filled with He at a pressure of 6 x 106 Pa A valve connecting the two tanks is opened Assuming He to be a monatomic ideal gas and the walls of the tanks to be adiabatic and rigid find the final pressure of the system Hint Note that the internal energy is constant Answer Pf 56 x 106 Pa Fonte Tester J W Modell M Thermodynamics and Its Applications 3 ed Prentice Hall 1997 31 A small wellinsulated cylinder and piston assembly Figure P31 contains an ideal gas at 1013 bar and 2943 K A mechanical lock prevents the piston from moving The length of the cylinder containing the gas is 0305 m and the piston cross section area is 1858 x 102 m2 The piston which weighs 226 kg is tightly fitted and when allowed to move there are indications that considerable friction is present When the mechanical lock is released the piston moves in the cylinder until it impacts and is engaged by another mechanical stop at this point the gas volume has just doubled The heat capacity of the ideal gas is 2093 Jmol K independent of temperature and pressure Consider the heat capacity of the piston and cylinder walls to be negligible a As an engineer can you estimate the temperature and pressure of the gas after such an expansion Clearly state any assumptions b Repeat the calculations if the cylinder were rotated 90o and 180o before tripping the mechanical lock Answer a 26871 K 466 bar b 90o 28315 K 486 bar 180o 28393 K 488 bar