Lista de Exercícios Referentes às Aulas 1 e 2 Disciplina: Termodinâmica Prof. Dr. César A. S. Silva
Exercício 1: Um manômetro (Bourdon) e um manômetro de coluna estão conectados a um tanque de gás para medir sua pressão. Se a leitura do medidor de pressão for de 80 kPa, determine a distância entre os dois níveis de fluido do manômetro de coluna se o fluido for (a) mercúrio ( ρ= 13600 kg/m3) ou (b) água ( ρ = 1000 kg/m3).
______________________________________________________________________ Exercício 2: 3
Um manômetro de mercúrio ( ρ= 13600 kg/m ) está conectado a um duto de ar para medir a pressão dentro dele. A diferença nos níveis do manômetro é de 15 mm e a pressão atmosférica é de 100 kPa. (a) a julgar pela figura abaixo, determine se a pressão do duto está acima ou abaixo da pressão atmosférica. (b) Determine a pressão absoluta no duto.
______________________________________________________________________ Exercício 3: Um manômetro está instalado numa tubulação de transporte de óleo leve do modo indicado abaixo. Considerando os valores indicados na figura, determine a pressão absoluta no escoamento do óleo.
______________________________________________________________________ Exercício 4: O conjunto formado pelos cilindros e tubulação com válvula mostrado abaixo 3
contém água ( ρ= 1000 kg/m ). As áreas das seções transversais dos cilindros A e B 2
são respectivamente iguais a 0,1 e 0,25 m . A massa de água no cilindro A é de 100 kg enquanto a de B é 500 kg. Admitindo que h seja igual a 1 m, calcule a pressão no fluido em cada seção da válvula. Se a válvula for aberta qual será a pressão de equilíbrio no fundo do tanque. Patm= 101 KPa
______________________________________________________________________ Exercício 5: Um tanque rígido contém 10 kg de água a 90 ºC. Se 8 kg de água estiverem na forma líquida e o restante estiver na forma de vapor, determine: a) A pressão no tanque b) O volume do tanque. ______________________________________________________________________ Exercício 6: Complete a tabela para H2O: a)
b)
c)
______________________________________________________________________ Exercício 7: Complete a tabela para refrigerante 134a:
______________________________________________________________________ Exercício 8: Um vaso de 80 litros contém 4 kg de refrigerante-134a a uma pressão de 165 kPa. Determine: a) A temperatura; b) O título; c) O volume ocupado pela fase vapor. ______________________________________________________________________ Exercício 9: Um tanque rígido de 1,8 m3 contém vapor d’água a 220ºC. Um terço do volume está na fase líquida e o restante na forma de vapor. Determine: a) A pressão de vapor d’água; b) O título da mistura saturada; c) A massa específica da mistura.
Exercício 10: Um vaso de 80 litros contém 4 kg de refrigerante-134a a uma pressão de 165 kPa. Determine: a) A temperatura; b) O título; c) O volume ocupado pela fase vapor. ______________________________________________________________________ Exercício 11: Um arranjo pistão-cilindro contém 0,1 m3 de água líquida e 0,9 m3 de vapor d’água em equilíbrio a 800 kPa. Calor é transferido a pressão constante até que a temperatura atinja 350 ºC. Determine: a) A temperatura do sistema; b) A massa total do sistema; c) O volume final; d) Mostre o processo em um diagrama P-v com relação às linhas de saturação. ______________________________________________________________________ Exercício 12: Você quer que a água ferva a 105 ºC num recipiente de 15 cm de diâmetro. Qual deve ser a massa da tampa desse recipiente, considerando Patm = 101 kPa? ______________________________________________________________________ Exercício 13: Um reservatório rígido e estanque, com capacidade de 2 m3, contem uma mistura de líquido e vapor de R-134 a saturados a 10 ºC. Se o refrigerante é aquecido, a fase líquida desaparece quando a temperatura atinge 50 ºC. Determine a pressão a 50 ºC e a massa inicial de líquido. ______________________________________________________________________ Exercício 14: Um recipiente de vidro, rígido e fechado, contém água a 500 kPa e título igual a 25 %. Qual será a fração mássica de sólido encontrada no recipiente se for resfriado até -10 ºC? ______________________________________________________________________ Exercício 15: 3
Um tanque, com volume de 400 m , está sendo construído para armazenar gás natural liquefeito (GNL). Admita, neste problema, que o GNL seja constituído por
metano puro. Se o tanque deve conter 90 % de líquido e 10 % de vapor, em volume a 101,3 kPa, qual será a massa em kg, de GNL contida no tanque? Qual será o título nesse estado? ______________________________________________________________________ Exercício 16: Uma panela de pressão tem a união da tampa com o corpo da panela bem rosqueada. Uma pequena abertura de A= 5 mm2 é coberta com um pino que pode ser levantado para deixar o vapor escapar. Qual é a massa do pino para que a água ferva a 120 ºC nessa panela, sendo a pressão atmosférica igual a 101,3 kPa?
______________________________________________________________________ Exercício 17: Um tanque com volume interno de 1 m3 contém gás à temperatura e pressão ambientes: 20 ºC e 100 kPa. Qual é a massa contida no tanque se o gás é: a) ar; b) neônio ou; c) propano. ______________________________________________________________________ Exercício 18: Hélio armazenado num tanque de aço de 0,1 m3 a 250 kPa e 300 K é utilizado para encher um balão. Quando a pressão cai para 150 kPa, o fluxo de hélio é interrompido. Se todo o hélio ainda estiver a 300 K, qual terá sido o tamanho do balão produzido? ______________________________________________________________________ Exercício 19:
Uma esfera oca de metal, com diâmetro interno igual a 150 mm, é “pesada” numa balança de braço precisa quando está evacuada e é novamente “pesada” quando carregada com um gás desconhecido a 875 kPa. A diferença entre as leituras é de 0,0025 kg. Admitindo que o gás é uma substância pura presente na Tabela A.5 e que a temperatura é uniforme e igual a 25 ºC, determine o gás que está armazenado na esfera. ______________________________________________________________________ Exercício 20: Um balão esférico com diâmetro de 10 m contém hélio à pressão e temperatura atmosféricas (100 kPa e 15 ºC). Qual é massa de hélio contida no balão? Determine a massa total (inclui a massa do material utilizado para construir o balão) que pode ser erguida por esse balão. ______________________________________________________________________ Exercício 21: O ar confinado em um pneu está inicialmente a -10 ºC e 190 kPa. Depois de percorrer certo percurso, a temperatura subiu para 10 ºC. Calcule a nova pressão. Você deve formular uma hipótese para resolver este problema.
______________________________________________________________________ Exercício 22: Inicialmente, um tanque rígido, com volume de 1 m 3, contem N2 a 0,6 MPa e 400 K. Suponha que ocorra um vazamento acidental de 0,5 kg de N2 para a atmosfera. Sabendo que a temperatura final do N2 no tanque após o vazamento é 375 K, determine a pressão final. ______________________________________________________________________
Exercício 23: Um tanque rígido com volume de 1 m3 contém propano a 100 kPa e 300 K e está conectado, por meio de uma tubulação com válvula, a outro tanque com volume de 0,5 m3, que contém propano a 250 kPa e 400 K. A válvula é aberta e espera-se até que a temperatura se torne uniforme a 325 K. Determine a pressão final desse processo.
______________________________________________________________________ Exercício 24: 3
Um tanque rígido com volume de 1 m contém ar a 1 MPa e 400 K. O tanque está conectado a uma linha de ar comprimido do modo mostrado abaixo. A válvula é então aberta e o ar escoa para dentro do tanque até que a pressão alcance 5 MPa, quando então a válvula é fechada e a temperatura do ar no tanque é 450 K. a) Qual é a massa de ar antes e depois do processo. b) Quando o tanque for resfriado até a temperatura ambiente de 300 K, qual será a pressão no seu interior.
______________________________________________________________________ Exercício 25:
Dióxido de carbono a 60 ºC é bombeado para dentro de um poço de petróleo a uma pressão muito alta, 10 MPa. O objetivo é reduzir a viscosidade do petróleo, facilitando o escoamento. Determine seu fator de compressibilidade. ______________________________________________________________________ Exercício 26: Qual é o erro percentual no volume especifico, se for adotado o modelo de gás ideal para representar o comportamento do vapor superaquecido de amônia a 40 ºC e 500 kPa? Qual será o erro se for usado o diagrama generalizado de compressibilidade? ______________________________________________________________________ Exercício 27: Um tanque rígido com volume de 5 m3 armazena argônio a -30 ºC e 3 MPa. Determine a massa de argônio contida no tanque utilizando o diagrama de compressibilidade generalizado. Qual é o erro percentual na determinação dessa massa se admitir que o argônio se comporte como um gás ideal?
