TRABALHO TRABALHO TERMODINÂMICOTERMODINÂMICO

EXERCÍCIOS RESOLVIDOSEXERCÍCIOS RESOLVIDOS

Profª Rosa Maria R. NielsenProfª Rosa Maria R. Nielsen

Exercício 1:Um hospital utiliza vapor d’água superaquecido para os processos de

esterilização de instrumentos e roupas. Para esta finalidade, dispõe de uma caldeira especial que aquece a água, enquanto suas válvulas de bloqueio permanecem fechadas. Inicialmente tem-se vapor úmido de água a 100oC e o estado final do vapor corresponde a uma pressão de 2,0 MPa e temperatura de 300oC. Nestas condições, pede-se: O volume específico inicial da água no interior da caldeira (m3/kg). O título do vapor úmido no estado inicial (%). O trabalho envolvido neste processo.

Exercício 1 – Cont.:Solução:

O volume específico inicial da água no interior da caldeira (m3/kg): Processo de aquecimento ocorre com as válvulas fechadas: Volume e massa permanecem constantes. Volume específico constante ⇒ 1 = 2

Estado 2: vapor superaquecido a 2,0 MPa e 300oC Tab B.1.3 ⇒ 2 = 0,12547 m3/kg ⇒ 1 = 0,12547 m3/kg

Exercício 1 – Cont.:Solução:

O título do vapor úmido no estado inicial (%): Tab B.1.1 (T = 100ºC) ⇒ L1 = 0,001044 m3/kg

V1 = 1,6729 m3/kg

1 - L1 0,12547 - 0,001044 x1 = ─────── = ───────────────── = 0,0744 ; x1 = 7,44% V1 - L1 1,6729 - 0,001044

O trabalho envolvido neste processo: Volume específico constante (1 = 2) ⇒ 1W2 = 0

Exercício 2:Uma indústria dispõe de um compressor do tipo alternativo para obter ar

comprimido, o qual possui um conjunto cilindro-êmbolo. A compressão ocorre com as válvulas de admissão e descarga fechadas. O volume inicial ocupado pelo ar no interior do cilindro, antes da compressão é de 5000 cm3, a pressão inicial é de 1,0 bar e a temperatura inicial é 25oC. Deseja-se obter ar comprimido a 7,0 bar. Nestas condições, pede-se: A massa de ar no interior do cilindro (em gramas). O volume final do ar, considerando-se que durante a compressão não ocorre

variação significativa da temperatura do mesmo (cm3). O trabalho necessário à compressão do ar (kJ).

Exercício 2 – Cont:Solução:

A massa de ar no interior do cilindro (em gramas). V1 = 5000 cm3 = 0,005 m3

p1 = 1,0 bar = 100 kPa

T1 = 25oC = 298 K

100 × 0,005 pV = mRT ⇒ m = ──────────── 0,2870 × 298

m = 5,85 g

Exercício 2 – Cont:Solução:

O volume final do ar, considerando-se que durante a compressão não ocorre variação significativa da temperatura do mesmo (cm3).

Processo isotérmico ⇒ p1V1 = p2V2 ; p2 = 7,0 bar = 700 kPa

100 × 0,005 = 700 V2 ⇒ V2 = 714,29 cm3

O trabalho necessário à compressão do ar (kJ).

1W2 = p1V1 ln (V2/V1) = 100 × 0,005 ln (714,29/5000)

1W2 = - 0,973 kJ

Exercício Proposto 1:Em um aparelho de ar condicionado o fluido refrigerante R-12

está a uma temperatura inicial (estado 1) de 0oC e é resfriado isobaricamente no condensador até a temperatura final de -20oC e título final de 10% (estado 2). Determine: A pressão (kPa) e o volume específico (m3/kg) do

refrigerante no estado (2), após o resfriamento. O trabalho específico realizado durante o processo.

Exercício Proposto 2:Um cilindro equipado com êmbolo sem atrito contém

0,5 kg de ar inicialmente a 1,0 kgf/cm2 e 25oC. Em certo instante, vários pesos são colocados sobre o êmbolo e o ar é comprimido isotermicamente, até que a pressão final seja de 5,0 kgf/cm2. Calcular o trabalho (kJ) e o trabalho específico (kJ/kg) realizado durante este processo.