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.