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Termodinâmica

Colégio Objetivo
pouso transfere cerca de 400 kJ/h de calor ao ambiente. Suponha que a operação do sistema de ventilação de um auditório com 100 pessoas falhe. Admita que a energia vá para o ar cujo volume é de 1500 m3 inicialmente a 300 K e 101 kPa. Determine a taxa de aumento da temperatura do ar no auditório (em K/min).


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Estudando com Questões

há 2 anos

Respostas

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há 2 anos

Para determinar a taxa de aumento da temperatura do ar no auditório, precisamos usar a equação da transferência de calor: Q = m * c * ΔT Onde: Q é a quantidade de calor transferida (em kJ) m é a massa do ar (em kg) c é a capacidade térmica específica do ar (em kJ/kg·K) ΔT é a variação de temperatura (em K) Primeiro, precisamos calcular a massa do ar no auditório. Podemos usar a equação: m = ρ * V Onde: ρ é a densidade do ar (em kg/m³) V é o volume do ar (em m³) A densidade do ar pode ser calculada usando a equação: ρ = P / (R * T) Onde: P é a pressão do ar (em Pa) R é a constante dos gases (8,314 J/(mol·K)) T é a temperatura do ar (em K) Convertendo as unidades para o SI, temos: P = 101000 Pa T = 300 K Substituindo os valores na equação da densidade, temos: ρ = 101000 / (8,314 * 300) ≈ 40,5 kg/m³ Agora, podemos calcular a massa do ar: m = 40,5 kg/m³ * 1500 m³ ≈ 60750 kg A capacidade térmica específica do ar é de aproximadamente 1,005 kJ/(kg·K). Agora, podemos calcular a quantidade de calor transferida: Q = 400 kJ/h = 400/60 kJ/min ≈ 6,67 kJ/min Agora, podemos calcular a taxa de aumento da temperatura: ΔT = Q / (m * c) ΔT = 6,67 kJ/min / (60750 kg * 1,005 kJ/(kg·K)) ΔT ≈ 0,00011 K/min Portanto, a taxa de aumento da temperatura do ar no auditório é de aproximadamente 0,00011 K/min.

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5. Você está a 5 m de profundidade no oceano. Qual é a pressão nessa profundidade? Usando uma planilha eletrônica, obtenha um gráfico da pressão manométrica (p) em função da profundidade do oceano (z), ou seja, p = p(z), fazendo a profundidade variar de 0 a 11.034 m (local mais profundo dos oceanos).


6. Sabemos que em altitudes elevadas, como nas montanhas, a pressão do ar é mais baixa. O tempo de cozimento dos alimentos numa região montanhosa é menor ou maior do que a nível do mar? Por que? Usando uma planilha eletrônica:
a) Obtenha um gráfico da pressão atmosférica (p) em função da altitude (h), ou seja, p = p(h), fazendo a altitude variar de 0 a 8.850 m (altitude do monte Everest), sabendo que a pressão atmosférica é dada em kPa, com boa aproximação, pelo seguinte polinômio de terceiro grau:
p (h)=−1,108.10−11 .h3+5,594.10−7 .h2−1,197.10−2 .h+101,325
b) Determine a pressão e a temperatura de saturação da água para as seguintes cidades (em parênteses a altitude de cada cidade em relação ao nível do mar): Rio de janeiro (2 m); São Paulo (760 m); Brasília (1.100 m); Campos do Jordão (1.628 m); Cidade do México (2.240 m); Quito (2.850 m) e La Paz (3.640 m).
c) Resolva novamente este problema usando o EES.


7. Determine o estado termodinâmico da água para cada um dos pares de propriedades apresentados abaixo (após resolver este exercício manualmente, resolva-o usando o EES):
a) 10 MPa; 0,003 m3/kg.
b) 1 MPa; 190°C.
c) 200°C; 0,1 m3/kg.
d) 10 kPa; 10°C.


8. Qual é a mudança no volume específico da água a 20°C quando ela passa isotermicamente do estado de líquido saturado para o de líquido comprimido a 15000 kPa? Após resolver este exercício manualmente, resolva-o usando o EES.


10. Água a 120°C e título 25% tem sua temperatura aumentada em 20°C num processo a volume constante. Determine a pressão e o título finais. Após resolver este exercício manualmente, resolva-o usando o EES.


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