Lista 2 Termo-2021 1

2ª LISTA DE EXERCÍCIOS TERMODINÂMICA 2021/1 1)Um conjunto cilindro-pistão contem 0,5 kg de vapor d’água saturado a 600 kPa. O sistema é resfriado, a pressão constante (processo isobárico), até que o volume ocupado pela água seja metade do volume original. Calcular o trabalho do processo. 2)Nitrogênio sofre um processo politrópico com expoente 1,4, num conjunto cilindro-pistão. Partindo de 300 K e 400 kPa até a temperatura final de 800 K. Qual o trabalho? 3)1 kg de hidrogênio a 20°C expande segundo uma relação pVn = constante até dobrar de volume. Achar o expoente n sabendo que a temperatura final é 0°C. Considerar o hidrogênio um gás ideal. 4)Vapor superaquecido de R-134a a 20°C e 0,5 MPa é expandido, isotermicamente, num conjunto cilindro-pistão até o título de 30%. Sendo a massa total 5 kg e o calor transferido para o ambiente 500 kJ, calcular o trabalho e os volumes inicial e final. 5)A relação entre pressão e volume para um gás é: p = 250 – 300 V (p em kPa e V em m 3). Encontrar o maior trabalho realizado pelo sistema ao expandir de 0,2 m3 para 0,4 m3. 6)Um conjunto cilindro-pistão contem 0,2 kg de ar a 100 kPa e 300 K. Após uma compressão isotérmica, o volume final é metade do volume inicial. Desenhar o diagrama p-V e calcular o trabalho. 7)Sabendo que o estado inicial de um gás é 100 kPa e 0,3 m3/kg, calcular o trabalho e esboçar o diagrama p-V nos seguintes casos: a)processo isobárico até volume final de 1,5 m3/kg; b)processo isotérmico até volume final de 0,5 m3/kg; c)processo isométrico até pressão final de 400 kPa. 8)Considerar os seguintes processos em série de um gás: a)expansão isobárica de 150 kPa de 0,1 m3 a 0,2 m3; b)expansão com variação linear entre pressão e volume até 0,4 m3 e 300 kPa. Achar o trabalho total. 9)Um motor de combustão interna usa um combustível de poder calorífico 45000 kJ/kg, consome 20 kg/h e fornece 75 kW de potência. Qual o rendimento do motor? Considerar como rendimento, o trabalho utilizado/ trabalho gerado. 10)Um gás é expandido, em um conjunto cilindro-pistão, de 0,2 m3 para 0,4 m3 num processo segundo o qual a variação da pressão com o volume é dada por: p = 800 – 1500V (p em kPa e V em m3). Se a energia interna decrescer 30 kJ, calcular a troca de calor com o ambiente. 11)Ar é aquecido de 300K até 350K a volume constante. Qual a quantidade de calor para o processo usando: a)calor específico a volume constante (tabela A.5); b)calor específico em função da temperatura (tabela A.6); c)tabela termodinâmica do ar (tabela A.7). 12)Uma turbina é alimentada com 2kg/s vapor d’água a 1MPa e 350ºC, a 15m/s de velocidade. O vapor descarregado da turbina é saturado a 100 kPa. Determinar a potência gerada e o trabalho específico. 13)O compressor abaixo é alimentado com CO2 a 100 kPa e 280K. A pressão e a temperatura de descarga são 1100 kPa e 500K a 25m/s. Do compressor, o gás segue para um resfriador, saindo a 1100 kPa e 350K. Se a potência do compressor for 50 kW, achar o calor transferido do resfriador. 14)O aquecedor de mistura é alimentado com 4kg/s de água a 45ºC e 100 kPa e com vapor a 100 kPa e 250ºC. Se na saída do misturador, a água for LS a 100 kPa, qual a vazão mássica do vapor da entrada? 15)Qual a potência da turbina de co-geração a água representada no desenho abaixo? 16)O condensador é alimentado com 1kg/s de água a 300ºC e 10 kPa e descarrega LS a 10 kPa. O fluido de resfriamento é água captada de um lago a 20ºC e devolvida a 30ºC. Se o condensador for adiabático, qual a vazão da água de resfriamento? 17)Um tanque rígido de 1 m3 de volume contem nitrogênio a 300 K e 1 MPa. Transfere-se calor para o tanque até que a temperatura final seja 400 K. Durante o processo, uma válvula de alívio no topo do tanque permite que a pressão seja mantida em 1 MPa. Determinar a massa de nitrogênio que saiu do tanque e o calor transferido. 18)O ciclo abaixo usa 0,05kg/s de R-410 como fluido refrigerante. Calcular, para os parâmetros de processo na tabela a seguir, o calor transferido do condensador e o calor transferido do evaporador. Considerar a potência do compressor 5 kW. Ponto Prop. 1 2 3 4 5 6 P(kPa) 3100 3050 3000 420 400 390 T(ºC) 120 110 45 --- -10 -5 h (kJ/kg) 377 367 134 --- 280 284