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1. Um arranjo pistão-cilindro com mola contém 1,5 kg de água, inicialmente a 1 Mpa e título de 30%. Esse dispositivo é então resfriado até o estado de líquido saturado a 100 °C. Calcule o trabalho total produzido durante esse processo .

2. Um arranjo pistão-cilindro contém 25 g de vapor de água saturado, mantido à pressão constante de 300 kPa. Um aquecedor a resistência dentro do cilindro é ligado e circula uma corrente de 0,2 A por cinco minutos a partir de uma fonte de 120 V. Ao mesmo tempo, ocorre uma perda de calor de 3,7 kJ. Demonstre analiticamente que para um sistema fechado o trabalho de fronteira e a variação da energia interna na equação da primeira lei podem ser combinados em um único termo, correspondente a variação de entalpia, para um processo a pressão constante e determine a temperatura final do vapor.

3. Um gás ideal passa por dois processos em um arranjo pistão-cilindro, conforme segue:

1 -> 2 Compressão politrópica de T1 e p1, com expoente politrópico “n” e razão de compressão de r = V1/ V2

2 -> 3 Expansão a uma pressão constante a p3 = p2 até V3 = V1

(a) Esboce o processo em um único diagrama p-V;

(b) Deduza uma expressão para a razão do trabalho de compressão / expansão em função de “n” e “r”;

(c) Encontre o valor dessa razão para valores de n = 1,4 e r = 6.

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4. Um tanque rígido está dividido em duas partes iguais por uma parede móvel.

Inicialmente uma parte contém 5 kg de água a 200 kPa e 25 °C e a outra parte encontra-se em vácuo. A parede é removida e a água se expande ocupando todo o tanque. Considerando que a água troque calor com a vizinhança até que a temperatura no tanque retorne ao valor inicial de 25 °C. Determine o volume do tanque, a pressão final e a transferência de calor ocorrida no processo.

5. Um arranjo pistão-cilindro isolado contém 5 l de água líquida saturada a pressão cte de 175 kPa. A água é agitada por uma roda de pás enquanto uma corrente de 8 A flui por 45 min, através de um resistor imerso na água. Considerando que metade da massa de líquido evapore no processo a pressão cte e Wpás= 4.105 J, determine a tensão da fonte.

6. A potência gerada por uma turbina a vapor adiabática é de 5 MW e as condições de entrada do vapor são 2 MPa de pressão, 400 °C de temperatura, 50 m/s de velocidade e altura de 10 m, enquanto que na saída, a 6 m de altura, a pressão é de

15 kPa, título de 90% e velocidade de 180 m/s. Compare as magnitudes de h, ∆ec e ∆ep. Determine o trabalho realizado por unidade de massa do vapor que escoa na turbina e calcule o fluxo de massa de vapor.

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7. Fluido frigorígeno R-134a entra em um dispositivo de expansão tipo tubo capilar de um sistema de refrigeração de pequeno porte, na forma de líquido saturado a uma pressão de 0,8 Mpa e é estrangulado até uma pressão de 0,12 Mpa. Determine o título de refrigerante no estado final e a queda de temperatura durante esse processo.

8. Em um sistema de refrigeração, a água que entra no condensador a uma pressão de 300 kPa e 15 °C deve resfriar um fluxo de massa de 6 kg/min de R-134a a 1MPa, e temperaturas de entrada e saída respectivamente de 70 °C e 35 °C. Considerando a temperatura de saída da água como 25 °C e desprezando quaisquer quedas de pressão, determine o fluxo de massa necessário de água de resfriamento e a taxa de transferência de calor do refrigerante para a água.

9. O fluxo de massa que entra em uma turbina a vapor d’água é de 1,5 kg/s. A taxa de calor perdida para o meio é 8,5 kW. Conforme os dados fornecidos para o vapor d’água na tabela abaixo, determine a potência da turbina.

Entrada Saída

Pressão 2 MPa 100 kPa

Temperatura 350 °C ________

Título _________ 100 %

Velocidade 50 m/s 200 m/s

Cota referência 6 m 3 m

10. Considerando a instalação motor a vapor simples conforme figura e dados abaixo:

*Trabalho da bomba = 4 kJ/kg

Determine as seguintes quantidades, por quilograma de fluido em escoamento:

a) Calor transferido na linha de vapor entre o gerador de vapor e a turbina;

b) Trabalho da turbina;

c) Calor transferido no condensador;

d) Calor transferido no gerador de vapor.

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Pressão t ou X

1 2,0 MPa 300 °C

2 1,9 MPa 290 °C

3 15,0 kPa 90 %

4 14,0 kPa 45 °C

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11. Um arranjo pistão-cilindro, conforme a figura ao lado,

possui inicialmente 100 l de seu volume ocupado por água a 5 Mpa e 400 °C. O sistema é então resfriado até que a pressão atinja 1200 kPa. Para movimentar o pistão à partir do fundo do cilindro, é necessária uma pressão de 200 kPa para vencer a força exercida pela mola. Calcule a massa de água contida no conjunto e também a temperatura e o volume específico no estado final. Mostre o processo em um diagrama p x v. Admita que a mola se comporta de mola linear.

12. Inicialmente um arranjo pistão-cilindro, conforme figura ao lado, contém 1 l de água à 105 °C e título de 85%. O conjunto é aquecido e o pistão se movimenta. O volume interno do conjunto é 1,5 l no instante em que o pistão toca a mola linear. O aquecimento continua até que a pressão atinja 200 kPa. Sendo o diâmetro do pistão de 150 mm e a constante de mola de 100 N/mm, calcule a temperatura atingida pela água ao final do processo.