Exercícios Propriedades Substância Pura 2015 1
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1
Lista de Exercícios Propostos
Unidade - 02
Termodinâmica
Propriedades de uma substância pura
Aluno: ________________________________
Primeiro Semestre 2015_1
2
1. Considere o ar atmosférico como um gás ideal e determine o volume específico e a massa
específica para a pressão atmosférica padrão na temperatura de 20c.
Dados: Runiversal = 847,7kgf.m/kgmol.K, Mar=28,97kg/kgmol
Solução:
3
2. Um tanque cilíndrico vertical contém 4,0 kg de monóxido de carbono gás à temperatura de -50c.
O diâmetro interno do tanque é D=0,2m e o comprimento, L=1,0m. Determinar a pressão, em bar,
exercida pelo gás. (Runiversal = 847,7kgf.m/kgmol.K, Mco=28,01kg/kgmol)
Solução:
4
3. Um balão esférico tem um raio de 3m, contém ar na pressão de 1,0kgf/cm2 e temperatura 15c.
Calcular a massa e o número de moléculas de ar contida no balão.
Dados: Rar=29,27kgf.m/kg.K, Mar=28,97kg/kgmol.
Solução:
5
4. Um balão esférico tem um raio de 5m, contém hélio na pressão de 2,5kgf/cm2 e temperatura de
25c. Calcular a massa e o número de moléculas do hélio contida no balão.
Dados: Rhélio=211,8kgf.m/kg.K, Mhélio=4,003kg/kgmol
Solução:
6
5. Uma bomba de vácuo é usada para fazer vácuo num banho de hélio liquido. A vazão de entrada na
bomba de vácuo é de 80m3/min. A pressão na admissão da bomba é de 0,1torr e a temperatura
encontra-se a -23c. Qual a massa de hélio que entra na bomba por minuto?
Dados: Rhélio=211,8kgf.m/kg.K, Mhélio=4,003kg/kgmol
Solução:
7
6. Uma quantidade de ar está contida em um cilindro vertical equipado com um embolo sem atrito e
um conjunto de esbarros conforme mostrado na figura. A área de secção transversal é de 450cm2 e
o ar está inicialmente a uma pressão de 2,0kgf/cm2 e 430c. O ar é então resfriado como resultado
da transferência de calor para o meio.
Determinar a temperatura do ar interior quando o êmbolo atinge os esbarros?
Se o resfriamento prosseguir até a temperatura atingir 21c, qual a pressão no
interior do cilindro nesse estado?
Solução:
8
7. Uma câmara de pneu com volume interno igual a 0,09m3 contém ar na temperatura de 21˚c e
pressão de 30 lbf/in2 Abs. Determinar a massa específica e peso do ar contido na câmara do pneu,
dado R ar = 287 m2/s
2k.
Solução:
9
8. Um termômetro, de liquido em vidro, indica uma temperatura de 30C. Determinar: as respectivas
temperaturas:
a) Grau Celsius em grau Fahrenheit;
b) Grau Celsius em grau Rankine;
c) Grau Celsius em grau Kelvin.
Solução:
10
9. Para cada estado termodinâmico da água abaixo, representar esquemática seu local no diagrama
(T-v) e verifique para cada um deles se:
a) O estado termodinâmico é um Líquido comprimido;
b) O estado termodinâmico é um vapor superaquecido;
c) O estado termodinâmico é um saturado. Se saturado, calcular o título.
9.1. T=120c, P=1,36kgf/cm2;
9.2. P=4kgf/cm2, v=0,500m
3/kg;
9.3. T=150c, v=0,500m3/kg;
9.4. P=2,0kgf/cm2, T=100c;
9.5. T=200c, v=0,0012m3/kg;
9.6. P=1,2kgf/cm2, T=120c;
9.7. T=160c, h = 645,0kcal/kg;
9.8. P=15,0kgf/cm2, v=0,11m
3/kg;
9.9. T=200c, v=0,1275m3/kg;
9.10. P=1,0kgf/cm2, h=99,1kcal/kg;
11
T
v
Região
Vapor Saturado
Região
Vapor Superaquecido
Região
Líquido Comprimido
T
v
Região
Vapor Saturado
Região
Vapor Superaquecido
Região
Líquido Comprimido
T
v
Região
Vapor Saturado
Região
Vapor Superaquecido
Região
Líquido Comprimido
Solução:
9.1. T=120c, P=1,36kgf/cm2;
9.2. P=4kgf/cm2, v=0,500m
3/kg;
9.3. T=150c, v=0,500m3/kg;
12
T
v
Região
Vapor Saturado
Região
Vapor Superaquecido
Região
Líquido Comprimido
T
v
Região
Vapor Saturado
Região
Vapor Superaquecido
Região
Líquido Comprimido
T
v
Região
Vapor Saturado
Região
Vapor Superaquecido
Região
Líquido Comprimido
9.4. P=2,0kgf/cm2, T=100c;
9.5. T=200c, v=0,0012m3/kg;
9.6. P=1,2kgf/cm2, T=120c;
13
T
v
Região
Vapor Saturado
Região
Vapor Superaquecido
Região
Líquido Comprimido
T
v
Região
Vapor Saturado
Região
Vapor Superaquecido
Região
Líquido Comprimido
T
v
Região
Vapor Saturado
Região
Vapor Superaquecido
Região
Líquido Comprimido
9.7. T=160c, h = 645,0kcal/kg;
9.8. P=15,0kgf/cm2, v=0,11m3/kg;
9.9. T=200c, v=0,1273m3/kg;
14
T
v
Região
Vapor Saturado
Região
Vapor Superaquecido
Região
Líquido Comprimido
9.10. P=1,0kgf/cm2, h=99,1kcal/kg;
15
10. (Concurso PETROBRAS – 2011) - Um tanque rígido de 0,9m3 contém um gás ideal na pressão
de p1=0,5MPa e temperatura de T1=500K. Após um vazamento de 0,5kg do gás, a pressão reduziu
para p2=400 kPa. Considerando RConstante do Gás=0,3 kJ/kg.K, a temperatura T2, em K, vale:
(A) 260
(B) 400
(C) 480
(D) 2.400
(E) 3.000
Solução:
16
11. (Concurso PETROBRAS – 2006) - Com respeito ao estado termodinâmico e às propriedades
termodinâmicas de substâncias, é correto afirmar que:
(A) calor e trabalho são propriedades termodinâmicas.
(B) título é definido como a razão entre a massa da fase vapor e a massa total de uma
substância.
(C) título é definido como a razão entre o volume ocupado pela massa da fase vapor e o
volume total da substância.
(D) a variação de entalpia pode ser sempre calculada pelo produto do calor específico à
Pressão constante com o diferencial de temperatura.
(E) em um gás ideal, a energia interna específica depende fortemente da pressão e da
temperatura.
Solução:
17
12. (Concurso PETROBRAS – 2010) Um recipiente rígido de 2m3 contém um gás a 350K e 0,5MPa.
Ocorre um vazamento e 0,5 kg desse gás é perdido para a atmosfera. Após o vazamento, a
temperatura do gás no tanque é de 320K. Considerando-se que esse gás segue o modelo de gás
ideal, com R=0,3 kJ/kg.K, a pressão no tanque, no estado final desse processo, é dada, em kPa,
por:
(A) 520
(B) 484
(C) 450
(D) 432
(E) 294
Solução:
18
13. (Concurso TERMOAÇU– 2008) Um recipiente de 5m3 é parcialmente preenchido com 600kg de
um material cuja massa específica, em unidades do Sistema Internacional, vale 2.400. O restante
do volume do recipiente contém ar com massa específica, também em unidades do Sistema
Internacional, igual a 1,2. Nesta situação, a massa de ar (kg) no interior do recipiente é igual a:
(A) 1,20
(B) 2,50
(C) 3,60
(D) 4,75
(E) 5,70
Solução:
19
14. (Concurso TERMOAÇU– 2008) - A tabela a seguir reproduz um trecho da tabela de saturação de
determinada substância pura simples compressível.
Um estado termodinâmico em que esta substância é um líquido comprimido corresponde a:
(A) P = 173,80 kPa ; T = 22°C
(B) P = 913,41 kPa ; T = - 22°C
(C) P = 913,41 kPa ; h = 283,85 kJ/kg
(D) T = - 22°C ; h = 1461,58 kJ/kg
(E) T = 22°C ; h = 1415,34 kJ/kg
Solução:
20
15. (Concurso TRANSPETRO – 2012) - Para sistemas de substâncias puras compressíveis simples, o
princípio dos estados equivalentes indica que o número de propriedades para se indicar o estado
termodinâmico da substância pura são:
(A) Intensivas dependentes é igual a três.
(B) Intensivas independentes é igual a dois.
(C) Extensivas dependentes é igual a quatro.
(D) Extensivas independentes é igual a cinco.
(E) Intensivas e extensivas independentes é igual a seis.
Solução:
21
16. (ENADE – 2008) - Uma panela de pressão cozinha muito mais rápido do que uma panela comum,
ao manter mais altas a pressão e a temperatura internas. A panela é bem vedada, e a tampa é
provida de uma válvula de segurança com uma seção transversal (A) que deixa o vapor escapar,
mantendo, assim, a pressão no interior da panela com valor constante e evitando o risco de
acidentes.
Considerando os dados fornecidos na figura e na tabela acima e uma situação em que a panela contém
água saturada, a massa da válvula, em gramas, para garantir uma pressão manométrica interna constante
de 100 kPa, e o correspondente valor aproximado da temperatura da água, em ºc, são, respectivamente:
(A) 4 e 100
(B) 4 e 120
(C) 40 e 100
(D) 40 e 120
(E) 400 e 100
Solução: