1 lei para sistemas fechados e abertos

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
CAMPUS PONTA GROSSA 
Engenharia Química 
 
Disciplina: Termodinâmica 
Lista 2 (1° lei para sist fechados e abertos - até turbinas) 
) 
 
 
 
1) Dois tanques rígidos são conectados por uma válvula. O tanque A contém 0,2m³ de água a 400kPa 
e título de 80%. O tanque B contém 0,5m³ de água a 200kPa e 250ºC. A válvula então é aberta e os 
dois tanques chegam ao mesmo estado, atingindo o equilíbrio térmico com a vizinhança a 25ºC. 
Determine a pressão final, a quantidade de calor transferido e caracterize o estado final. Resp. 
3,2kPa, -2390,7kJ 
 
 
2) Um tanque rígido tem volume de 1m3 e contém 2Kg de água a 100°C. O tanque é aquecido. Se 
uma válvula de segurança de pressão for instalada, em qual pressão a válvula deve ser acionada 
para que a água atinja no máximo 200°C? Qual a quantidade de calor envolvida? Faça o diagrama 
Tv, mostrando o caminho percorrido pelo processo e P1, T1, v1, P2, T2, v2. 
 
3) Um recipiente não condutor, que contém 25kg de água comprimida a 20°C, possui um agitador 
girado pela gravidade ao agir sobre um peso de massa igual a 35kg (como no experimento de Joule). 
O peso desce vagarosamente uma distância de 5m acionando o agitador. Admitindo que todo o 
trabalho realizado sobre o peso é transferido para a água e que a aceleração da gravidade local é 
de 9,8m/s². Calcule: 
a. A quantidade de trabalho realizado sobre a água; 
b. A variação na energia interna da água; 
c. Temperatura final da água que possui Cp=4,18 kJ/Kg °C. Dica: para calcular a temperatura 
final observe a unidade de Cp da água. 
d. Quantidade de calor que deve ser removida da água para retorná-la à sua temperatura 
inicial. 
R: 1715J; 1715J; 20,016°C; -1715J 
 
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4) Um sistema consiste em um gás confinado por um pistão. No diagrama PV abaixo, os pontos A, B 
e C representam os estados do gás e as linhas representam os processos que o gás sofre. O sistema 
sofre uma mudança de estado de A para B ao longo do caminho ACB. O processo AC, que ocorre 
a pressão constante, recebe 50J de trabalho e libera 25 J na forma de calor para o ambiente. No 
processo CB, que ocorre a volume constante, o sistema recebe 75 J na forma de calor. Para retornar 
ao estado A o sistema sofre um processo adiabático representado pela curva BA. Quanto trabalho 
é trocado com o meio ao longo do processo BA? 
 
 
5) Um cilindro/embolo contém 50kg de água a 200kPa com um volume de 0,1m³. Os batentes nos 
cilindros são colocados para restringir o volume para um valor máximo de 0,5m³. A água é aquecida 
até o pistão alcançar os batentes. Encontre a transferência de calor necessária. Faça o diagrama 
Tv, mostrando o caminho percorrido pelo processo e P1, T1, v1, P2, T2, v2. 
R: 995 KJ 
 
 
6) Se 0,1 kg de hélio inicialmente está a 235K, sob pressão de 100kPa, e é comprimido 
adiabaticamente e reversivelmente até a pressão de 700kPa. Calcule: 
a) Temperatura final; 511,81K 
b) ΔU para o processo; 86,25kJ 
c) ΔH para o processo; 143,75kJ 
d) W para o processo. 86,25kJ 
 
 
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7) Um mol de gás ideal, inicialmente a 150°C e 8 bar, sofre as seguintes modificações mecanicamente 
reversíveis: expande isotermicamente até uma pressão que, quando é resfriado a volume constante 
até 50°C, sua pressão é de 3 bar. Calcule Q, W, ΔU e ΔH. Considere cp=(7/2)R e cv=(5/2)R. 
Q=438,52J; W = -2516,7J; ΔU= -2078,5J e ΔH = -2909,9J 
 
8) Um arranjo pistão-cilindro isolado contém 5 L de água líquida saturada à pressão constante de 175 
kPa. A água é agitada por uma roda de pás enquanto uma corrente de 8 A (ampères), flui durante 
45 min por um resistor colocado na água. Se metade do líquido evaporar durante esse processo à 
pressão constante e o trabalho da roda de pás for 400 kJ, determine a voltagem da fonte. Mostre 
também o processo em um diagrama P-V que inclua as linhas de saturação. 
R: 224 V. 
 
 
9) A vazão em massa que alimenta uma turbina a vapor d’água é 1,5 kg/s e o calor transferido da 
turbina é 8,5 kW. São conhecidos os seguintes dados para o vapor d’água que entra e sai da turbina: 
 
Condições 
de entrada 
Condições 
de saída 
Pressão 2,0 MPa 0,1 Mpa 
Temperatura 350ºC 
Título 100% 
Velocidade 50 m/s 100 m/s 
Cota em relação ao 
plano de referência 
6 m 3 m 
g = 9,8066 m/s² 
Determine a potência fornecida pela turbina. 
R: - 678,2 kW 
 
10) Uma turbina é alimentada com 100 kg/s de vapor d’água a 15 MPa e 600ºC. Num estágio 
intermediário, onde P = 2 MPa e T = 350ºC, é realizado uma extração de 20 kg/s. Na seção final de 
descarga, a pressão e o título são, respectivamente, iguais a 75 kPa e 95%. Admitindo que a turbina 
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seja adiabática e que as variações de energia cinética e potencial sejam desprezíveis, determine a 
potência da turbina. 
R:-91563kW 
 
 
11) A cogeração é normalmente utilizada em processos industriais que apresentam consumo de vapor 
d’água a várias pressões. Admita que, num processo, existe a necessidade de uma vazão de 5 kg/s 
de vapor a 0,5 MPa. Em vez de gerar este insumo, utilizando um conjunto bomba-caldeira 
independente, propõe-se a utilização da turbina mostrada na figura abaixo. Determine a potência 
gerada nesta turbina. 
R:-18,1MW