·
Engenharia Mecânica ·
Termodinâmica 1
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Recomendado para você
Texto de pré-visualização
Termodinâmica TEM00275 LISTA 1 1 Você vai participar de um experimento de um novo traje espacial No período de testes será você vestirá o traje e será levado em contato com a atmosfera da superfície terrestre até 40 km de altitude Para coleta dados seu traje tem manômetros e um termopares para medir pressão e temperatura respectivamente similares aos usados ao nível do mar Ao ser informadoa da altitude dos testes e da capacidade dos instrumentos de medição você alerta seu supervisor que estes não funcionarão corretamente naquela altitude pois o número de moléculas de ar não é suficiente para permitir uma descrição média das propriedades termodinâmicas Seu supervisor pergunta o motivo apresente sua resposta considerando a hipótese de que a densidade do ar atende à função ρ hρ0e h Onde ρ0 é a densidade do ar a nível do mar aprox 1225 kgm 3 e h é a altura em km com relação ao nível do mar Dica considere um volume de 1 m 3 de ar nestas condições sabendo a massa do ar neste volume e a massa molecular determine o número de moléculas existentes neste volume faça uma estimativa da distância entre elas e compare com as suas próprias dimensões OBS1 o experimento ainda poderia ser feito mas com equipamentos apropriados OBS2 uma melhor aproximação da densidade em função da altura h é ligeiramente diferente da nossa hipótese usamos esta por simplicidade 2 Para H2O determine a propriedade específica no estado indicado Em diagramas pv e Tv o domo de mistura líquidovapor e localize o estado no diagramas pv em uma linha isotérmica e no diagrama Tv em uma linha isobárica a T 140oC v 05 m3kg Determine p em bar b p 30 MPa T 100oC Determine v em m3kg c p 10 MPa T 485oC Determine v em m3kg d T 80oC x 075 Determine p em bar e v em m3kg 3 Em um cilindro fechado vemos 20 cm de altura de líquido saturado de água sobrepostos por 30 cm de altura de vapor saturado de água a uma temperatura de 150oC Determine o título da mistura 4 Amônia a 6 bar e 40oC passa por um processo isocórico levando a uma pressão de 3 bar a Determine o estado final da amônia e esboce o processo em um diagrama Tv b determine forma e quantidade de energia trocadas com a amônia durante o processo em kJkg 5 1 kg de água está no ponto crítico a Calcule o título da mistura após resfriamento em um processo isocórico até p 30 bar Esboce o processo em um diagrama Tv e determine forma e quantidade de energia trocadas com a água durante o proceso em kJ b Calcule o volume específico após expansão isotérmica até atingir a p 30 bar Esboce o processo em um diagrama Tv e determine forma e quantidade de energia trocadas com a água durante o proceso em kJ 6 Vapor saturado de R134a é colocado em um conjunto pistãocilindro que é aquecido até a temperatura de 160oC O pistão tem um diâmetro de 20 cm e 48 kg de massa Avalie o trabalho do refrigerante em kJkg 7 01 lb de propano está contida em um conjunto pistãocilindro O propano passa pro um processo politrópico de expansão onde pv2 constante de p1 60 psi e T1 30oF para p2 10 psi Determine forma e quantidade de energia trocadas com a vizinhança em Btu 8 2 kg de vapor saturado de R134a a 2 bar em um conjunto pistãocilindro passam por um processo politrópico onde pvn constante até o estado final de 12 bar e 80oC a Determine o valor de n b determine trabalho e calor trocados neste processo 9 Um conjunto pistãocilindro contendo água na forma de líquido saturado a 150oC recebe 228 kW de taxa de calor até se tornar vapor saturado Determine a taxa de trabalho realizado no pistão e o tempo em s necessário para executar o processo 10 Dióxido de carbono CO2 entra em um tubo a 3 MPa e 500 K a uma vazão de 2 kgs O CO2 é resfriado a pressão constante enquanto flui no tubo e a temperatura do CO2 cai para 450 K na saída Determine a vazão volumétrica e a densidade do CO2 na entrada e a vazão volumétrica na saída do tubo usando a a equação do gás ideal b o gráfico de compressibilidade generalizado c Determine o erro envolvido no caso a 11 2 kg de ar a 5 bar e 350 K e 4 kg de monóxido de carbono CO a 2 bar e 450 K estão confinados a lados opostos de um recipiente rígido e bem isolado por uma partição rígida e fina A partição pode se mover livremente e permite a condução de calor de um gás para o outro sem armazenamento de energia O ar e o CO se comportam como gases ideais com razão de calor específico constante k 1395 Determine em equilíbrio a a temperatura em K b a pressão em bar c o volume ocupado por cada gás em m ³ 12 Um tanque rígido contendo 3 kg de dióxido de carbono CO2 a 500 kPa está conectado por uma válvula a um conjunto pistãocilindro localizado acima dele contendo 005 m3 de CO2 Ao abrir a válvula CO2 passa para o cilindroaté que a pressão do tanque caia para 200 kPa O peso do pistão e a pressão atmosférica mantêm uma pressão constante de 200 kPa no cilindro Devido à transferência de calor a temperatura do CO2 em todo o tanque e cilindro permanece constante em 290 K Assumindo o comportamento de gás ideal determine o trabalho e a transferência de calor para o CO2 cada um em kJ 13 Propano líquido é comumente usado como combustível para aquecimento de residências alimentação de veículos como empilhadeiras e enchimento de tanques portáteis de piquenique Considere um tanque de propano que inicialmente contém 5 L de propano líquido à temperatura ambiente de 208C Se um furo se desenvolver no tubo de conexão de um tanque de propano e o propano começar a vazar determine a temperatura do propano quando a pressão no tanque cair para 1 atm Além disso determine a quantidade total de transferência de calor do ambiente para o tanque para vaporizar todo o propano no tanque 14 Um coletor solar do tipo concentrador fornece energia por transferência de calor para um ciclo térmico a uma taxa de 2 MW A eficiência térmica do ciclo é de 36 a Determine a potência desenvolvida pelo ciclo em MW b Qual é a produção de trabalho em MWh para 4380 horas de operação em regime estacionário c Se o trabalho for avaliado em R008kWh qual é o valor total em reais da produção de trabalho 15 Um conjunto pistãocilindro contendo um gás passa por um ciclo termodinâmico composto por três processos em série Processo 12 Compressão com energia interna constante Processo 23 Resfriamento isocório até p 140 kPa V 0028 m3 Processo 31 Expansão a isobárica com W 105 kJ Para o ciclo Wciclo 283 kJ Não há mudanças na energia cinética ou potencial Determine a o volume no estado 1 em m ³ b o trabalho e a transferência de calor para o processo 12 cada um em kJ c este pode ser um ciclo de potência Um ciclo de refrigeração Explique
Envie sua pergunta para a IA e receba a resposta na hora
Recomendado para você
Texto de pré-visualização
Termodinâmica TEM00275 LISTA 1 1 Você vai participar de um experimento de um novo traje espacial No período de testes será você vestirá o traje e será levado em contato com a atmosfera da superfície terrestre até 40 km de altitude Para coleta dados seu traje tem manômetros e um termopares para medir pressão e temperatura respectivamente similares aos usados ao nível do mar Ao ser informadoa da altitude dos testes e da capacidade dos instrumentos de medição você alerta seu supervisor que estes não funcionarão corretamente naquela altitude pois o número de moléculas de ar não é suficiente para permitir uma descrição média das propriedades termodinâmicas Seu supervisor pergunta o motivo apresente sua resposta considerando a hipótese de que a densidade do ar atende à função ρ hρ0e h Onde ρ0 é a densidade do ar a nível do mar aprox 1225 kgm 3 e h é a altura em km com relação ao nível do mar Dica considere um volume de 1 m 3 de ar nestas condições sabendo a massa do ar neste volume e a massa molecular determine o número de moléculas existentes neste volume faça uma estimativa da distância entre elas e compare com as suas próprias dimensões OBS1 o experimento ainda poderia ser feito mas com equipamentos apropriados OBS2 uma melhor aproximação da densidade em função da altura h é ligeiramente diferente da nossa hipótese usamos esta por simplicidade 2 Para H2O determine a propriedade específica no estado indicado Em diagramas pv e Tv o domo de mistura líquidovapor e localize o estado no diagramas pv em uma linha isotérmica e no diagrama Tv em uma linha isobárica a T 140oC v 05 m3kg Determine p em bar b p 30 MPa T 100oC Determine v em m3kg c p 10 MPa T 485oC Determine v em m3kg d T 80oC x 075 Determine p em bar e v em m3kg 3 Em um cilindro fechado vemos 20 cm de altura de líquido saturado de água sobrepostos por 30 cm de altura de vapor saturado de água a uma temperatura de 150oC Determine o título da mistura 4 Amônia a 6 bar e 40oC passa por um processo isocórico levando a uma pressão de 3 bar a Determine o estado final da amônia e esboce o processo em um diagrama Tv b determine forma e quantidade de energia trocadas com a amônia durante o processo em kJkg 5 1 kg de água está no ponto crítico a Calcule o título da mistura após resfriamento em um processo isocórico até p 30 bar Esboce o processo em um diagrama Tv e determine forma e quantidade de energia trocadas com a água durante o proceso em kJ b Calcule o volume específico após expansão isotérmica até atingir a p 30 bar Esboce o processo em um diagrama Tv e determine forma e quantidade de energia trocadas com a água durante o proceso em kJ 6 Vapor saturado de R134a é colocado em um conjunto pistãocilindro que é aquecido até a temperatura de 160oC O pistão tem um diâmetro de 20 cm e 48 kg de massa Avalie o trabalho do refrigerante em kJkg 7 01 lb de propano está contida em um conjunto pistãocilindro O propano passa pro um processo politrópico de expansão onde pv2 constante de p1 60 psi e T1 30oF para p2 10 psi Determine forma e quantidade de energia trocadas com a vizinhança em Btu 8 2 kg de vapor saturado de R134a a 2 bar em um conjunto pistãocilindro passam por um processo politrópico onde pvn constante até o estado final de 12 bar e 80oC a Determine o valor de n b determine trabalho e calor trocados neste processo 9 Um conjunto pistãocilindro contendo água na forma de líquido saturado a 150oC recebe 228 kW de taxa de calor até se tornar vapor saturado Determine a taxa de trabalho realizado no pistão e o tempo em s necessário para executar o processo 10 Dióxido de carbono CO2 entra em um tubo a 3 MPa e 500 K a uma vazão de 2 kgs O CO2 é resfriado a pressão constante enquanto flui no tubo e a temperatura do CO2 cai para 450 K na saída Determine a vazão volumétrica e a densidade do CO2 na entrada e a vazão volumétrica na saída do tubo usando a a equação do gás ideal b o gráfico de compressibilidade generalizado c Determine o erro envolvido no caso a 11 2 kg de ar a 5 bar e 350 K e 4 kg de monóxido de carbono CO a 2 bar e 450 K estão confinados a lados opostos de um recipiente rígido e bem isolado por uma partição rígida e fina A partição pode se mover livremente e permite a condução de calor de um gás para o outro sem armazenamento de energia O ar e o CO se comportam como gases ideais com razão de calor específico constante k 1395 Determine em equilíbrio a a temperatura em K b a pressão em bar c o volume ocupado por cada gás em m ³ 12 Um tanque rígido contendo 3 kg de dióxido de carbono CO2 a 500 kPa está conectado por uma válvula a um conjunto pistãocilindro localizado acima dele contendo 005 m3 de CO2 Ao abrir a válvula CO2 passa para o cilindroaté que a pressão do tanque caia para 200 kPa O peso do pistão e a pressão atmosférica mantêm uma pressão constante de 200 kPa no cilindro Devido à transferência de calor a temperatura do CO2 em todo o tanque e cilindro permanece constante em 290 K Assumindo o comportamento de gás ideal determine o trabalho e a transferência de calor para o CO2 cada um em kJ 13 Propano líquido é comumente usado como combustível para aquecimento de residências alimentação de veículos como empilhadeiras e enchimento de tanques portáteis de piquenique Considere um tanque de propano que inicialmente contém 5 L de propano líquido à temperatura ambiente de 208C Se um furo se desenvolver no tubo de conexão de um tanque de propano e o propano começar a vazar determine a temperatura do propano quando a pressão no tanque cair para 1 atm Além disso determine a quantidade total de transferência de calor do ambiente para o tanque para vaporizar todo o propano no tanque 14 Um coletor solar do tipo concentrador fornece energia por transferência de calor para um ciclo térmico a uma taxa de 2 MW A eficiência térmica do ciclo é de 36 a Determine a potência desenvolvida pelo ciclo em MW b Qual é a produção de trabalho em MWh para 4380 horas de operação em regime estacionário c Se o trabalho for avaliado em R008kWh qual é o valor total em reais da produção de trabalho 15 Um conjunto pistãocilindro contendo um gás passa por um ciclo termodinâmico composto por três processos em série Processo 12 Compressão com energia interna constante Processo 23 Resfriamento isocório até p 140 kPa V 0028 m3 Processo 31 Expansão a isobárica com W 105 kJ Para o ciclo Wciclo 283 kJ Não há mudanças na energia cinética ou potencial Determine a o volume no estado 1 em m ³ b o trabalho e a transferência de calor para o processo 12 cada um em kJ c este pode ser um ciclo de potência Um ciclo de refrigeração Explique