Termodinamica-Lista-de-Exercicios-Com-Respostas-Moran

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Diretoria de Ciências Exatas 
Curso de Engenharia 
Semestre Letivo: 1o Sem 2013 
 
Turmas: EE Disciplina: Termodinâmica Prof. Me. Sílvio Diniz 
 
Lista de Exercícios no 1: Conceitos Iniciais 
 
1. Moran 2.10 - Um objeto possui uma massa de 20kg. Determine seu peso, em N, 
em um local onde a aceleração da gravidade é 9,78 m/s2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Moran 2.12 - Um objeto cuja massa é 4,54 kg pesa 42,7 N. Determine: 
(a) a aceleração local da gravidade. 
(b) a massa em kg e o peso em N, do objeto em um local onde g = 9,81 m/s2 . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Moran 2.14 - Um gás ocupando um volume de 0,707 m3 pesa 15,6 N na Lua, onde 
a aceleração da gravidade é 1,67 m/s2. Determine seu peso e a massa específica, em 
Marte, onde g = 3,92 m/s2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. Moran 2.20 - Um balão esférico possui um diâmetro de 3,05 m. O volume 
específico médio do ar no seu interior é 0,943 m3/kg. Determine o peso do ar, em lbf, 
em um local onde g = 9,45 m/s2. 
 
 
5. Moran 2.21 - Cinco quilos de gás metano são fornecidos para um cilindro de 
volume de 20 m3 que, inicialmente, contém 25 kg de metano à pressão de 10 bar. 
Determine o volume específico, em m3/kg, de metano no cilindro inicialmente, Repita 
este cálculo após a adição dos 5 kg. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Moran 2.22 - Um sistema fechado contendo 2 kg de um gás é submetido a um 
processo durante o qual a relação entre a pressão e o volume específico é Pv1,3 = cte. 
O processo se inicial com P1=1 bar, v1 = 0,5 m3/kg e termina com P2 = 0,25 bar. 
Determine o volume final, em m3, e represente graficamente o processo em um 
diagrama de pressão versus volume específico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7. Moran 2.23 - Um sistema fechado consistindo em 0,454 kg de um gás é submetido 
a um processo durante o qual a relação entre pressão e volume é P.Vn = constante. 
O processo se inicia com P1 = 1,38 bar, V1 = 0,283 m3, e termina com P2 = 6,90 bar. 
Determine o volume final para cada um dos seguintes valores da constante n: 1; 1,2; 
1,3 e 1,4. Represente graficamente cada um dos processos em um diagrama de 
pressão versus volume. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8. Moran 2.24 - Um sistema consiste em ar em uma montagem pistão-cilindro, 
inicialmente a P1 = 1,38 bar, e ocupa um volume de 42,5 L. O ar é comprimido para P2 
= 6,90 bar e o volume final é de 14,2 L. Durante o processo, a relação entre a pressão 
e o volume é linear. Determine a pressão em um estado intermediário onde o volume 
é de 34,0 L e esboce o processo em um gráfico de pressão versus volume. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9. Moran 2.25 - Um gás inicialmente a P1 = 1 bar e ocupando um volume de 1 L é comprimido dentro 
de uma montagem pistão-cilindro para uma pressão final P2 = 4 bar. 
(a) Se a relação entre a pressão e o volume durante a compressão for P.V = constante, determine o 
volume, em litros, para uma pressão de 3 bar. Represente também o processo global em um gráfico de 
pressão versus volume. 
(b) Repita a análise para uma relação linear entre a pressão e o volume para os mesmos estados 
finais. 
 
 
 
10. Moran 2.29 - Duas medições de temperatura são efetuadas com um termômetro 
na escala Celsius. Mostre que a diferença entre duas leituras poderia ser a mesma se 
as temperaturas fossem convertidas para a escala Kelvin. 
 
Lista de Exercícios no 2: Propriedades Termodinâmicas; Formas de Energia; 
Trabalho e Balanço de Energia 
 
1. Moran 2.25 - Um gás inicialmente a P1 = 1 bar e ocupando um volume de 1 litro é comprimido dentro 
de uma montagem pistão-cilindro para uma pressão final P2 = 4 bar. 
a) Se a relação entre a pressão e o volume durante a compressão for P.V = constante, determine o 
volume para uma pressão de 3 bar. Represente também o processo global em um gráfico de pressão 
versus volume. 
b) Repita a análise para uma relação linear entre a pressão e o volume para os mesmos estados finais 
 
 
 
2. Moran 2.29 - Duas medições de temperaturas são efetuadas com um termômetro 
em escala Celsius. Mostre que a diferença entre duas leituras poderia ser a mesma 
se as temperaturas fossem convertidas para a escala Kelvin. 
 
 
3. Moran 3.1 - A massa de um automóvel é de 1200 kg. Qual é a sua energia cinética 
em relação à estrada quando ele viaja a uma velocidade de 50 km/h? Se o veículo 
acelerar para 100 km/h, qual é a variação na energia cinética? 
 
 
 
4. Moran 3.2 - Um objeto de peso 40 kN é posicionado a uma altura de 30 m acima 
da superfície da Terra. Determine a energia potencial gravitacional do objeto em 
relação à superfície da Terra. 
 
 
5. Moran 3.17 - Gás dióxido de carbono em uma montagem pistão-cilindro se 
expande de um estado inicial onde P1 = 414 kPa, V1 = 0,050 m3 para uma pressão 
final de P2 = 138 kPa. A relação entre a pressão e o volume durante o processo é 
P.V1,3 = constante. Para o gás, calcule o trabalho realizado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Moran 3.19 - Um sistema fechado composto por 6,5 kg de ar é submetido a um 
processo politrópico (P.Vn = constante), de P1 = 138 kPa, v1 = 0,578 m3/kg para um 
estado final onde P2 = 414kPa, v2 = 0,248 m3/kg. Determine a quantidade de energia 
transferida sob a forma de trabalho para o processo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7. Moran 3.38 - Um gás se expande em uma montagem pistão-cilindro de P1 = 8,2 
bar, v1 = 0,0136 m3 para P2 = 3,4 bar em um processo durante o qual a relação entre 
a pressão e o volume é P.v1,2 = constante. A massa do gás é de 0,183 kg. Se a 
energia interna específica do gás decresce em 29,8 kJ/kg durante o processo, 
determine a transferência de calor. Os efeitos das energias, cinética e potencial, são 
desprezíveis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8. Moran 3.39 - Ar está contido em um tanque rígido bem isolado com um volume de 
0,6 m3. Uma roda de pás no tanque transfere energia para o ar a uma taxa constante 
de 4 W por 1 h. Amassa específica do ar é de 1,2 kg/m3. Se não ocorrerem variações 
nas energias, cinética e potencial, determine: 
 
a) o volume específico no estado final; 
b) a transferência de energia por trabalho; 
c) a variação na energia interna específica do ar. 
 
 
 
 
 
 
 
Respostas: 
1. a) 1/3 x 10-3 m3 ; Gráfico: curva parabólica descendente (Lei de Boyle) b) 0,7x10-3 m3 
2. b) 30o C – 20o C = 10o C e 303 K – 293 K = 10 K => ∆o C = ∆K 
3. 347 kJ 
4. 1200 kJ 
5. 15,5 kJ. 
6. 500 kJ. 
7. 2,16 kJ. 
8. a) 0,833 m3/kg; 
b) -14,4 kJ; 
c) 14,4 kJ. 
 
3a Lista de Exercícios 
 
1. (Moran 3.22 pg 53) Um gás, contido dentro de uma montagem pistão-cilindro, é submetido a um ciclo termodinâmico 
que consiste de três processos: 
Processo 1-2: compressão com P.V = constante, de P1 = 1 bar, V1 = 1,0 m3 para V2 = 0,2 m3. 
Processo 2-3: expansão a pressão constante para V3 = 1,0 m3. 
Processo 3-1: volume constante.Esboce o ciclo em um diagrama P - V, indicando os valores de pressão e volume para 
cada estado enumerado. Determine o trabalho de cada processo e o trabalho líquido do ciclo. 
.
 
 
 
 
 
2. (Moran 3.41 pg 54) O vapor em uma montagem pistão-cilindro é submetido a um 
processo politrópico, com n = 2, de um estado inicial onde P1 = 3,45 MPa, V1 = 0,106 
m3/kg, u1 = 3,17 MJ/kg, para um estado final onde u2 = 2,30 MJ/kg. Durante o processo, 
há uma transferência de calor do vapor de magnitude de 362 kJ. A massa do vapor é 
0,544 kg. Desprezando as variações nas energias cinética e potencial, determine o 
trabalho e o volume final específico. Respostas: 111,3kJ; 0,241 m3/kg. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. (Moran 3.43 pg 55) Ar está contido em uma montagem vertical pistão-cilindro por um 
pistão de massa 50 kg e uma área de 0,01 m2. A massa dor ar é 4 g e o ar ocupa 
inicialmente um volume de 5 litros. A atmosfera exerce uma pressão de 100 kPa sobre 
a superfície superior do pistão. A transferência de calor de magnitude 1,41 kJ ocorre 
lentamente do ar para sua vizinhança e o volume do ar decresce para 0,0025 m3. 
Desprezando o atrito entre o pistão e a parede do cilindro, determine a variação de 
energia interna específica do ar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. (Moran 5.1 pg 113) Ar entra em um volume de controle de uma entrada e uma saída 
a 10 bar, 400K e 20 m/s através de uma área de escoamento de 20 cm2. Na saída, a 
pressão é 6 bar, a temperatura 345,7K e a velocidade é 330,2 m/s. O ar se comporta 
com um gás ideal. Para operação em estado estacionário, determine: 
Dados: R = 8,31434 KPa.m3/kmol.K ou R = 8,31434 kJ/kmol.K;MMar = 28,84 kg/kmol. 
a) A vazão mássica, em kg/s; 
b) A área da saída do escoamento, em cm2. 
 
 
 
 
5. (Moran 5.2 pg 113) Uma substância escoa através de um tubo de 1 in de diâmetro 
com uma velocidade de 30 ft/s em uma determinada posição. Determine a vazão 
mássica, em lbm/s, se a substância for: 
a) água a 30 lbf/in2 e 60º F. Dados: ρH2O = 62,42 lbm/ft3 ; 1ft = 12 in. 
b) ar como gás ideal a 100 lbf/in2 e 100º F. Dados: R = 10,73 psi . ft3 / lbmol.R ; MMar = 
28,97 lbm/lbmol ; T(R)= T(K) + 460 
c) Refrigerante 134a a 100 lbf/in2 e 100º F. Dados: R = 10,73 psi . ft3 / lbmol.R ; 
MMR134a = 102,03 lbm/lbmol ; T(R)= T(K) + 460 
 
 
 
 
6. (Moran 4.2) Determine a fase ou as fases em um sistema constituído de H2O para as seguintes 
condições e esboce os diagramas P-v e T-v mostrando a posição de cada estado: 
a) P = 5 bar, T = 151,9oC. 
b) P = 5 bar, T = 200oC. 
c) T = 200oC, P = 2,5 MPa. 
d) T = 160oC, P = 4,8 MPa. 
 
 
 
 
 
7. (Moran 4.3) Os valores encontrados na resolução de problemas em geral não caem exatamente na grade de 
valores fornecidos pelas tabelas das propriedades e uma interpolação linear entre valores tabelados adjacentes se 
torna necessária. 
P = 1,0 MPa P = 1,5 MPa 
T(o C) v (m3/kg) T(o C) v (m3/kg) 
200 0,2060 200 0,1325 
240 0,2275 240 0,1483 
280 0,2480 280 0,1627 
 
 
 
 
a) Determine o volume específico em m3/kg para T = 240oC, P = 1,25 MPa. 
b) Determine a temperatura em oC para P = 1,5 MPa, v = 0,1555 m3/kg. 
c) Determine o volume específico em m3/kg para T = 220oC, P = 1,4 MPa. 
 
8. (Moran 4.5) Determine o título da mistura bifásica líquido-vapor de H2O a 100oC com 
um volume específico de 0,8 m3/kg. Resposta: x = 0,48 ou 48% 
 
 
 
 
 
9. (Moran 4.7) Dez quilos de uma mistura bifásica líquido-vapor de metano (CH4) 
encontram-se a 160 K em um tanque de 0,3 m³. Determine o título da mistura, se os 
valores dos volumes específicos para líquido e vapor saturados do metano a 160 K são 
vf = 2,97 x 10-3 m3/kg e vg = 3,94 x 10-2 m3/kg, respectivamente. Resposta: x = 0,74 ou 
74% 
 
 
 
10. (Moran 4.11) Uma mistura bifásica líquido-vapor de H2O encontra-se a uma 
temperatura de 300ºC e ocupa um volume de 0,05 m³. As massas saturadas de líquido 
e de vapor presentes são 0,75 kg e 2,26 kg, respectivamente. Determine o volume 
específico da mistura, em m³/kg. Resposta: 0,01661 m3/kg. 
 
 
 
 
 
 
 
11. (Moran 4.13) Cinco quilogramas de H2O estão acondicionados em um tanque rígido 
fechado a uma pressão inicial de 20 bar e um título de 50%. Ocorre transferência de 
calor até que o tanque contenha apenas vapor saturado. Determine o volume do 
tanque, em m³, e a pressão final, em bar. Resposta: 0,2535 m3; 39,37 bar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12. (Moran 4.15) Dois mil quilos de água, inicialmente um líquido saturado a 150ºC, são 
aquecidos em um tanque rígido fechado, para um estado final onde a pressão é de 2,5 
MPa. Determine a temperatura final, em ºC, o volume do tanque, em m³, e esboce o 
processo em diagramas T-v e P-v. Respostas: 2,181m3; 150ºC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
13. (Moran 4.16) Vapor é acondicionado em um tanque rígido e fechado. Inicialmente, 
a pressão e a temperatura do vapor são 15 bar e 240ºC. A temperatura cai como 
resultado da transferência de calor para a vizinhança. Determine a pressão para a qual 
ocorre o início da condensação, em bar, e a fração da massa total condensada quando 
a temperatura alcança 100ºC. Qual percentagem de volume é ocupada pelo líquido 
saturado no estado final? Resposta: 0,642%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14. (Moran 4.17) Vapor d'água é aquecido em um tanque rígido fechado do estado de 
vapor saturado a 160ºC para uma temperatura final de 400ºC. Determine as pressões 
inicial e final, em bar, e esboce o processo em diagramas T-v e P-v. Respostas: 6,178 
bar ; 10 bar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15. (Moran 4.19) Uma mistura bifásica líquido-vapor de H2O encontra-se inicialmente à 
pressão de 30 bar. Se, em um aquecimento a um volume fixo, o ponto crítico for 
atingido, determine o título do estado inicial. Resposta: 0,0296 ou 2,96%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16. (Moran 4.25) Vapor d'água inicialmente a 3,0 MPa, é acondicionado no interior de 
uma montagem pistão-cilindro. A água é resfriada a um volume constante até que sua 
temperatura atinja 200ºC. A água é então condensada isotermicamente para líquido 
saturado. Para a água como um sistema, avalie o trabalho, em kJ/kg 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
17. (Moran 4.29) Utilizando as tabelas de água, determine os valores das propriedades 
específicas para cada estado indicado. Em cada caso, indique em esboços dos 
diagramas P-v e T-v. 
 
a) Para P = 3 bar, T = 240ºC, achar v em m³/kg e u em kJ/kg; 
 Respostas: Vapor superaquecido. 0,781 m3/kg ; 2713,1 kJ/kg. 
b) Para P = 3 bar, v = 0,5 m³/kg, achar T em ºC e u em kJ/kg; 
 Respostas: Mistura bifásica (L-V). 133,6º C ; x=0,83 ; u = 2.206,58 kJ/kg. 
c) Para T = 400ºC, P = 10 bar, achar v em m³/kg e h em kJ/kg; 
 Respostas: Vapor superaquecido. 0,3066 m3/kg ; 3263,9 kJ/kg. 
d) Para T = 320ºC, v = 0,03 m³/kg , achar P em MPa e u em kJ/kg; 
 Respostas: Vapor superaquecido. 7,47 MPa ; 2677,9 kJ/kg. 
e) Para P = 28 MPa, T = 520ºC, achar v em m³/kg e h em kJ/kg; 
 Respostas: Vapor superaquecido. 0,01020 m3/kg ; 3192,3 kJ/kg. 
f) Para T = 100ºC, x = 60%, achar P em bar e v em m³/kg; 
 Respostas: Mistura bifásica (L-V). 1,014 bar ; x=0,6 ; v = 1,0042 m3/kg. 
g) Para T = 10ºC, v = 100 m³/kg, achar P em kPa e h em kJ/kg; 
 Respostas: Mistura bifásica (L-V). 1,228 kPa ; x=0,94 ; h = 2.331,56 kJ/kg. 
h) Para P = 4 MPa, T = 160ºC, achar v em m³/kg e u em kJ/kg; 
 Respostas: Líquido comprimido. Aproximação: considerar liquido comprimido 
 tendo comportamento de líquido saturado.1,2522 x 10-3 m3/kg ;1082,3 kJ/kg. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
18. (Moran 4.33) Uma quantidade de água encontra-se a 15 MPa e 100ºC. Avalie o 
volume específico, em m³/kg, e a entalpia específica, em kJ/kg, utilizando os dados de 
líquido saturado da Tabela T-2. 
 Respostas: Líquido comprimido. Aproximação: considerar liquido comprimido 
 tendo comportamento de líquido saturado.1,0435 x 10-3 m3/kg ; 419,04 kJ/kg. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
19.(Moran 4.38) Um tanque rígido fechado contém 3 kg de vapor de água saturada 
inicialmente a 140ºC. Ocorre transferência de calor e a pressão cai para 200 kPa. Os 
efeitos das energias cinética e potencial são desprezíveis. Para a água como um 
sistema, determine a quantidade de energia transferida por calor, em kJ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
20. (Moran 4.40) Água líquida saturada e acondicionada em um tanque rígido e 
fechado é resfriada para um estado final onde a temperatura é de 50ºC e as massas 
saturadas de vapor e líquido presentes são 0,03 e 1999,97 kg, respectivamente. 
Determine a transferência de calor para o processo, em kJ. Resposta: -1,48 x 106 kJ. 
 
 
 
 
 
 
 
21. (Moran 4.46) Cinco quilogramas de água, inicialmente um vapor saturado a 100 
kPa, são resfriados para líquido saturado enquanto a pressão é mantida constante. 
Determine o trabalho e o calor transferido para o processo, em kJ. Mostre que o calor 
transferido é igual à variação de entalpia da água neste caso. Resposta: -846,5 kJ, -
11.290 kJ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22. (Moran 4.48) Uma mistura bifásica líquido-vapor de H2O com um título inicial de 25% está contida em um 
conjunto pistão-cilindro como mostrado na figura. A massa do pistão é 40 kg e seu diâmetro 10 cm. A pressão 
atmosférica da vizinhança é de 1 bar. As posições inicial e final do pistão estão mostradas no diagrama. Quando a 
água é aquecida, a pressão dentro do cilindro permanece constante até o pistão atingir as travas. A transferência 
de calor para a água continua até sua pressão 
atingir 3 bar. O atrito entre o pistão e a parede do cilindro pode ser desconsiderado. Determine a quantidade total 
de transferência de calor. Resposta: 658,4J. 
 
 
 
 
23. (Moran 5.3 pg 113) Ar entra num ventilador de 0,6 m de diâmetro a 16º C, 101 kPa, 
e é descarregado a a 18º C, 1051 kPa, com uma vazão volumétrica de 0,35 m3/s. 
Considerando comportamento de gás ideal, determine para a operação em estado 
estacionário: 
Dados: R = 8,31434 KPa.m3/kmol.K ou R = 8,31434 kJ/kmol.K;MMar = 28,84 kg/kmol. 
a) a vazão mássica do ar, em kg/s; 
b) a vazão volumétrica do ar na entrada, em m3/s; 
c) as velocidades de entrada e de saída, em m/s. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4a Lista de Exercícios 
 
1. (Moran 4.33) Uma quantidade de água encontra-se a 15 MPa e 100º C. Avalie o 
volume específico, em m3/kg, e a entaplia específica, em kJ/kg, utilizando: 
(a) os dados da Tabela T-5; 
(b) os dados de líquido saturado da Tabela T-2. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 
 
2. (Moran 4.42) Um tanque rígido bem isolado contém uma mistura de duas fases 
consistindo de 0,07 lb de água líquida saturada em 0,07 lb de vapor d’água saturado, 
incialmente a 20 lbf/in2. Uma roda de pás agita a mistura até permanecer apenas 
vapor saturado no tanque. Os efeitos das energias, cinética e potencial, são 
desprezíveis. Para a água, determine a quantidade de energia transferida por 
trabalho, em Btu. 
 
 
2 
 
3. (Moran 4.45) Um conjunto pistão-cilindro contém uma mistura bifásica líquido-vapor de amônia 
inicialmente a 500 kPa com um título igual a 98%. A expansão ocorre para um estado em que a 
pressão é de 150 kPa. Durante o processo, a relação entre a pressão e o volume específico é Pv = 
constante. Determine o trabalho e atransferência d ecalor da amônia por massa unitária, ambos em 
kJ/kg. 
 
 
3 
 
4. (Moran 4.48) Uma mistura bifásica líquido-vapor de H2O com um título inicial de 
25% está contida em um conjunto cilindro-pistão como mostrado na figura. A massa 
do pistão é de 40 kg e seu diâmetro 10 cm. A pressão atmosférica da vizinhança é 
de 1 bar. As posições, inicial e final, do pistão são mostradas no diagrama. Quando 
a água é aquecida, a pressão dentro do cilindro permanece constante até o pistão 
atingir as travas. A transferência de calor para a água continua até sua pressão 
atingir 3 bar. O atrito entre o pistão e a parede do cilindro pode ser desconsiderado. 
Determine a quantidade total de transferência de calor, em J. Dado: g = 9,81 m/s2. 
 
4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
5. (Moran 4.64) Um tanque contém 0,042 m3 de oxigênio a 21º C e 15 MPa. 
Determine a massa de oxigênio, em kg, utilizando o modelo de gás ideal. 
 
6. (Moran 4.68) Determine a temperatura, em K, de 5 kg de ar a uma pressão de 0,3 
MPa e um volume de 2,2 m3. O comportamento do gás ideal pode ser admitido par o 
ar sob essas condições. 
 
 
7. (Moran 4.69) Um tanque de 40 ft3 contém ar a 560º R com uma pressão de 50 
lbf/in2. Determine a massa de ar, em lbm. O comportamento do gás ideal pode ser 
admitido para o ar sob essas condições. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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8. (Moran 4.70) Compare as massas específicas, em kg/m3, do hélio e do ar, a 300 K 
e 100 kPa. Admita um comportamento de gás ideal. 
 
 
 
 
9. (Moran 4.71) Admitindo o modelo de gás ideal, determine o volume, em ft3, 
ocupado por 1 lbmol do gás dióxido de carbono a 200 lbf/in2 e 600º R. 
 
 
 
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10. (Moran 4.73) Um quilograma de ar, inicialmente a 5 bar, 350 k e 3 kg de dióxido 
de carbono, inicialmente a 2 bar, 450 K, estão confinados em lados opostos de um 
tanque rígido bem isolado. A separação é livre para mover-se e permite a condução 
de um gás para o outro sem armazenamento de energia na sua própria partição. O 
ar e o CO2 comportam-se como gás ideal. Determine a temperatura final de 
equilíbrio, em K, e a pressão final, em bar, admitindo os calores específicos 
constantes. 
 
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11. (Moran 4.74) Gás argônio (Ar) inicialmente a 1 bar, 100 K, é submetido a um 
processo politrópico, com n = k, para uma pressão final de 15,59 bar. Determine o 
trabalho e a transferência de calor para o processo, em kJ por kg de argônio. Admitir 
o comportamento de gás ideal com c̅p = 2,5 ̅R 
 
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12. (Moran 4.76) Um gás é confinado de um lado de um tanque rígido bem isolado, 
dividido por uma separação. O outro lado está inicialmente em vácuo. Os seguintes 
dados são conhecidos para o estado inicial do gás: P1 = 3 bar, T1 = 380 K e V1 = 
0,025 m3. Quando a separação é removida, o gás se expande para preencher todo o 
tanque e atinge uma pressão final de equilíbrio, 1,5 bar. Admitindo comportamento 
de gás ideal, determine o volume final, em m3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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13. (Moran 4.80) Uma montagem cilindro-pistão contém 1 kg do gás nitrogênio (N2). 
O gás se expande de um estado inicial, onde T1 = 700 K, P1 = 5 bar, para um estado 
final, onde P2 = 2 bar. Durante o processo, a pressão e o volume específico são 
relacionados por Pv1,3 = constante. Admitindo o comportamento de gás ideal e 
desprezando os efeitos das energias cinética e potencial, determine o calor 
transferido durante o processo, em kJ, utilizando: 
(a) um calor específico constante avaliado em 300 K; 
(b) um calor específico constante avaliado em 700 K; 
(c ) dados da Tabela T-11. 
 
 
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14. (Moran 5.1) Ar entra em um volume de controle de uma entrada e uma saída a 
10 bar, 400 K e 20 m/s através de uma área de escoamento de 20 cm². Na saída, a 
pressão é 6 bar, a temperatura é 345,7 K e a velocidade é 330,2 m/s. O ar se 
comporta como um gás ideal. Para a operação em estado estacionário, determine: 
(a) a vazão mássica, em kg/s; 
(b) a área de saída do escoamento, em cm². 
 
 
 
 
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15. (Moran 5.3) Ar entra num ventilador de 0,6 m de diâmetro a 16ºC, 101 kPa e é 
descarregado a 18ºC, 105 kPa, com uma vazão volumétrica de 0,35 m³/s. 
Considerandoo comportamento de gás ideal, determine para a operação em estado 
estacionário: 
a) a vazão mássica do ar, em kg/s; 
b) a vazão volumétrica do ar na entrada, em kg/s; 
c) as velocidades de entrada e saída, em m/s. 
 
 
 
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16. (Moran 5.5) Vapor d'água a 120 bar, 520ºC, entra em um volume de controle 
operando em estado estacionário com uma vazão volumétrica de 460 m³/min. Vinte 
e dois por centro da massa escoando na entrada sai a 10 bar, 220ºC, com uma 
velocidade de 20 m/s. O restante sai em um outro local com uma pressão de 0,06 
bar, um título de 86,2% e uma velocidade de 500 m/s. Determine os diâmetros de 
cada duto de saída, em m. 
 
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17. (Moran 5.7) Água líquida a 21ºC entra em uma bomba com uma vazão 
volumétrica de 0,22 m³/min através de um tubo de entrada de diâmetro 15,0 cm. A 
bomba opera em estado estacionário e fornece água para dois tubos de saída com 
diâmetros 7,6 e 10,2 cm, respectivamente. A vazão mássica da água no menor dos 
dois tubos de saída é 1,8 kg/s e a temperatura da água saindo de cada tubo é 22ºC. 
Determine a velocidade da água em cada um dos tubos de saída, em m/s. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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18. (Moran 5.8) Ar entra em um compressor operando em estado estacionário com 
uma pressão de 1,01 bar, uma temperatura de 27ºC e uma vazão volumétrica de 
28,3 m³/min. O diâmetro do tubo de saída é 2,5 cm e a pressão de saída é 6,9 bar. 
O ar se comporta como um gás ideal. Se cada unidade de massa escoando da 
entrada para a saída passa por um processo descrito por P.v1,32 = constante, 
determine a velocidade de saída e a temperatura de saída. 
 
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19. (Moran 5.10) A infiltração de ar externo em um prédio através de várias 
rachaduras ao redor das portas e janelas pode representar uma carga significativa 
sobre o equipamento de aquecimento. Em um dia com temperatura externa igual a 
-10ºC, 2,49 m3/min de ar entram através das rachaduras de um certo prédio 
comercial. Além disso, a abertura das portas é responsável por cerca de 2,83m3/min 
de infiltração do ar externo. O volume interno do prédio é de 566 m3, e a temperatura 
interna de 22ºC. Há uma diferença de pressão desprezível entre o interior e o lado 
de fora do prédio. 
Supondo o comportamento de gás ideal, determine em estado estacionário a vazão 
volumétrica do ar que sai através das rachaduras e outras aberturas e quantas vezes 
por hora o ar interno do prédio é alterado devido à infiltração. 
 
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	Diretoria de Ciências Exatas
	Curso de Engenharia
	Semestre Letivo: 1o Sem 2013
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