CALOR, TRABALHO E PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMCIA PARA SISTEMAS FECHADOS
1. Um dispositivo cilindro-êmbolo contém 25 g de vapor de água saturado, mantido a pressão
constante de 300 kPa. Liga-se uma resistência elétrica de 24 W no seu interior durante 5 min.
Ao mesmo tempo ocorre uma perda de calor de 3,7 kJ. (a) Determine a temperatura final do
vapor. (b) Mostre o processo em um diagrama P-v. Resposta Tf = 200°C
2. Um dispositivo cilindro-êmbolo contém inicialmente 0,5 m3 de N2 gasoso a 500 kPa e 2°C.
Liga-se uma resistência elétrica de 360 W no interior durante 5 min. O N2 se expande a
pressão constante, verificando-se uma perda de calor de 25500 J durante o processo.
Determine a temperatura final do N2. Usar a) a tabela B.6.2 de vapor superaquecido; b) o
modelo de gás ideal e tabela a A8 para gás perfeito N2; e c) o modelo de gás ideal e o valor
de cp0 da tabela A5) Resposta: Tf=27 a 28°C
3. Um radiador de um sistema de aquecimento a vapor tem um volume de 20 L, estando cheio
de vapor superaquecido a 300 kPa e 250°C. Neste instante tapam-se a entrada e a saída do
dispositivo. Determine a quantidade de calor que irá ser transferida para o recinto quando a
pressão descer até 100 kPa. Mostre o processo em um diagrama P-v, incluindo as linhas de
saturação. Resposta: Q = -33,4 kJ
4. Um dispositivo cilindro-êmbolo contém inicialmente vapor de água a 200 kPa, 200°C e 0,5
m3. Neste estado, uma mola linear (F α x) toca no êmbolo, sem exercer força. Transfere-se
calor lentamente, provocando um aumento de pressão e volume até chegar em 500 kPa e
0,6 m3, respectivamente. Mostre o processo em um diagrama P-v incluindo as linhas de
saturação e determine (a) a temperatura final, (b) o trabalho realizado pelo vapor e © o calor
total transferido. Respostas: Tf = 1131,7 °C ; W= 35 KJ ; Q = 807,3 kJ.
5. Um dispositivo cilindro êmbolo contém inicialmente ar a 150 kPa e 27 °C. Neste estado o
êmbolo encontra-se em repouso sobre um batente, como mostra a figura, com um volume
de 400 L. A massa do êmbolo é tal que é necessária uma pressão de 350 kPa para o mover.
O ar é aquecido até seu volume duplicar. Determine (a) temperatura final, (b) o trabalho
realizado pelo ar e (c) o calor transferido. Resposta Tf=1400 K ; Q = 766,7 kJ
6. Um conjunto cilindro-pistão-mola linear contém 2 kg de CO2. Inicialmente a temperatura e a
pressão são iguais a 500 kPa e 400ºC. O CO2 é então resfriado até 40ºC, onde nesta condição
a pressão se torna igual a 300 kPa. Calcule a transferência de calor neste processo. Resposta
Q = -621,9 KJ
