Exerccios sobre calor e trabalho
Exerccio 1Mostre como o expoente politrpico pode ser calculado
se so conhecidos o estado inicial (P1, V1) e o estado final (P2,
V2).
Exerccio 2Um conjunto cilindro-pisto contm inicialmente, 0,1 m
de um gs a 1MPa e 500 C. O gs se expande lentamente em um processo
em que PV = constante at a presso final de 100 kPa. Determine o
trabalho envolvido nesse processo. Resposta. 230, 3 kJ.
Exerccio 3Um dispositivo cilindro-pisto contm 0,2 kg de vapor
dgua saturado a 400 kPa. O sistema resfriado presso constante at
que o volume ocupado pela gua se reduz metade do original.
Determine o trabalho realizado no processo. Resposta. -18,50
kJ.
Exerccio 4Um condensador de grande porte (trocador de calor) que
vai ser utilizado em uma central de potncia precisa transferir 100
MW da gua que escoa no ciclo de potncia para a gua bombeada do mar.
Admita que a parede de ao que separa a gua do ciclo da gua do mar
apresente espessura de 4 mm, que a condutibilidade trmica seja
igual a 15 W/mK e que a diferena mxima de temperatura permitida
entre os dois fluidos seja de 5 C. Determine a rea mnima de
transferncia de calor desse condensador, desprezando qualquer
contribuio devido conveco. Resposta. 480 m.
Exerccio 5Um guindaste levanta verticalmente um recipiente cheio
de concreto com massa total igual a 450 kg, com velocidade de
ascenso da carga constante e igual a 2,0 m/s. Determine a potncia
utilizada para realizar esse movimento. Resposta. 8,82 kW.
Exerccio 6Uma janela de 2 m de rea tem uma temperatura de 15 C
na face interior e sobre a face externa sopra um vento a 2C, com um
coeficiente de transferncia de calor por conveco com valor de 125
W/mK. Qual a perda de calor para o exterior? Quanto de calor
transferido em 10 minuto supondo que a diferena de temperatura se
mantenha constante. Resposta. 3,25 kW; 1,95 x 105 J.
Exerccio 7A lona e o tambor do freio de um automvel absorvem
continuamente 25 W durante a frenagem. Admita que a rea total da
superfcie externa seja de 0,1 m e que o coeficiente de transferncia
de calor convectivo seja 10 W/mK. Sabendo que a temperatura do ar
externo 20 C, determine as temperaturas externas da lona e do
tambor do freio nascondies de regime permanente. Tambm explique por
que a lona e o tambor se aquecem durante a frenagem. Resposta. 45
C.
Exerccio 8A lmpada de iluminao interna de uma geladeira (25 W)
permanece acesa por falha no fechamento da porta e a transferncia
de calor do ambiente para o espao refrigerado igual a 50 W. Qual
deve ser a diferena de temperatura para o ambiente a 20 C que o
refrigerador deve apresentar em seu trocador de calor (condensador)
com 1 m de rea e coeficiente mdio de transferncia de calor de 15
W/mK para rejeitar o calor que vaza para o interior do espao
refrigerado? Resposta. 25 C.
