Fenomenos dos transportes

EXERCÍCIOS

1. Um conjunto cilindro-pistão contém 3 kg de ar a 20ºC e 300 kPa. O conjunto é então aquecido em um processo a pressão constante até 600 K.
a. Determine o volume final.
b. Trace um gráfico da linha do processo em um diagrama P-v.
c. Determine o trabalho no processo

2. Um cilindro com êmbolo móvel, como mostrado na figura, contém 3 kg d’água no estado de vapor úmido com título igual a 15% e pressão de 2,0 bar (estado 1). Esse sistema é aquecido à pressão constante até se obter o título igual a 85% (estado 2).
Pede-se:
a) Representar o processo em um diagrama P-V.

b) Calcular o trabalho realizado pelo vapor durante o processo.
Da definição de Trabalho termodinâmico devido ao movimento de fronteira, e sendo a massa do sistema constante, temos:

Assim, para calcularmos o 1W2 precisamos determinar o valor do volume específico 1 e 2. Considerando a tabela de propriedades da água saturada para P = 2,0 bar temos:
VL = 0,0010605 m3 kg-1 VV = 0,8857 m3 kg-1
Da definição de título e da relação entre título e uma propriedade qualquer na região de vapor úmido temos:
V = V L + X (V V - V L)
V 1 = 0,0010605 + 0,15 ( 0,8857 - 0,0010605 )
V 1 = 0,133756 m3 kg-1
V 2 = 0,0010605 + 0,85 ( 0,8857 - 0,0010605)
V 2 = 0,7530 m3 kg-1
Substituindo na expressão do trabalho, Eq.(1) temos:

1W2 = 2,0.105 x 3 x (0,7530 - 0,133756) [ J ]

1W2 = 3,715.105 [ J ] ou 1W2 = 371,5 [ kJ ]

3. Um cilindro com êmbolo móvel, como mostrado na figura, contém 5 kg d’água no estado de vapor úmido com título igual a 20% e pressão de 5,0 bar (estado 1). Esse sistema é aquecido à pressão constante até se obter a temperatura de 200ºC (estado 2). Pede-se:
a) Representar o processo em um diagrama P-V

b) Determinar o trabalho realizado pela substância de trabalho contra o êmbolo, em kJ.
Da tabela de propriedades de saturação, para o estado 1, P1 = 5,0 bar (500 kPa) obtemos Vls1 = 0,0010926 m3 kg-1, Vvs1= 0,3749 m3 kg-1
V1 = Vls1 + X1 ( Vvs1-Vls1) =