Série 2

Termodinâmica
Capítulo 2
1. Determine a fase, ou as fases, num sistema constituído por água nas seguintes
condições e localiza os estados nos diagramas p-V e T-v.
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
p=500 kPa ; T=200 ºC ;
p=5 MPa ; T=264 ºC ;
p=0.9 MPa ; T=180 ºC;
p= 20 MPa ; T=100 ºC ;
p=1.0 kPa ; T=-10 ºC.
2. Determine o título de vapor de uma mistura a duas fases líquido-vapor de:
2.1
2.2
água a 200 ºC com um volume específico de 100 cm 3/g.
refrigerante R12 a 2.0 bar e com um volume específico de 70.0 cm 3/g.
3. Determine o volume, em m3, ocupado por 2 Kg de água a 4 MPa, 420 ºC.
4. Refrigerante é guardado num reservatório com um volume de 0.21 m 3.
Determine a massa, em Kg, assumindo o líquido saturado a 20 ºC. Qual a pressão, em KPa.
5. Um reservatório, num sistema de refrigeração tem um volume de 0.006 m 3 e
contém uma mistura a duas fases, líquido-vapor de R12 a 180 kPa, com x=0.9. Determine as
massas de líquido saturado e de vapor saturado presentes em kg e a fracção do volume total
ocupado por cada fase.
6. Vapor de água inicialmente a 0.3 Mpa e a 160 ºC expande-se até 0.1 MPa, num
conjunto êmbolo-cilindro, segundo a relação pV2=constante. Determine o volume específico
no estado final e desenhe o processo num diagrama p-v. Calcule o trabalho realizado para 1
kg de vapor de água.
7. determine os valores das seguintes propriedades específicas para o refrigerante
R12 nos seguintes estados:
7.1
7.2
7.3
p=200 kPa; T= 88 ºC, determine v e u.
T= 60 ºC; v=0.072 m3/kg, determine p e h.
p=800 kPa e v=0.005 m3/kg, determine T e u.
8. Uma mistura a duas fases de líquido-vapor de água encontra-se no interior de
um reservatório rígido e isolado inicialmente a 1.0 Mpa, com x igual a 90%. A massa da água
é 2 kg. Uma resistência eléctica existente no interior do tanque transfere energia para aágua
a uma taxa constante de 60 W. Determine o tempo até que a temperatura no interior do
tanque atinja os 200 ºC.
9. Uma massa de 2 kg de água inicialmente em líquido saturado a 100 kPa é
aquecida até vapor saturado, enquanto se mantem a pressão constante. Determine o
trabalho e o calor transferido no processo, em kJ. Mostre que, neste caso, o calor é igual à
variação da entalpia da água.
10. Um sistema constituído por 1 kg de água está sujeito a um ciclo composto por
um dos seguintes processos:
processo 12: volume constante, aquecendo de p1=5 bar e T1=160 ºC até p2=10 bar.
processo 23: pressão constante, até vapor saturado.
processo 34: arrefecimento a volume constante.
processo 41: expansão isotérmica com Q41=815.8 kJ.
Desenhe o ciclo nos diagramas T-v e p-v. Determine o trablho do ciclo eo calor em cada
processo. Despreze as variações da energia cinética e potencial.
11. Um tanque rígido contém 0.5 kg de oxigénio inicialmente à preeão de 40 bar e à
temperatura de 180 K. O gás é arrefecido e a pressão diminui até 33 bar. Determine o
volume do tanque e a temperatura final.
12. Considere uma mistura gasosa com massa molecular de 33 kg/kmol, sujeita a
uma pressão de 3 bar, encontrando-se a uma temperatura de 300 K. Nestas condições o
volume ocupado é de 0.1 m 3. O gás sofre uma expansão até um volume de 0.2 m 3, durante
a qual se verifica a relação pV1.3=constante. Assume-se o modelo dos gases perfeitos,m
sendo o calor específico dado por Cv=0.6+2.5x10-4T (com T=T(K) e Cv=Cv(KJ/KgK)).
Despreze as variações das energias cinética e potencial e determine:
12.1
12.2
12.3
12.4
a massa do gás.
a pressão final, em bar.
a temperatura final, em K.
a trabalho realizado e o calor, em kJ.
13. Uma massa de ar inicialmente a 0.75 bar, a 1000 K e ocupando um volume de
0.12 m3 fica sujeita a dois processos. O ar é comprimido isotermicamente até o volume se
reduzir a metade. Depois sofre o segundo processo a pressão constante até o volume se
reduzir a metade do volume inicial deste segundo processo. Assuma o modelo dos gases
perfeitos.
13.1
13.2
13.3
desenhe os processos no diagrama p-V.
Determine o valor do trabalho total dos dois processos.
Determine o valor total da energia transferida, sob a forma de calor, nos
dois processos.