TEA007 - Termodinâmica Ambiental

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1 TEA007 - Termodinâmica Ambiental Lista de exercícios 3 1. Um aquecedor de ambientes opera por radiação térmica. A superfície aquecedora apresenta temperatura igual a 1000 K e ε = 0,8. Determine a área da superfície aquecedora sabendo que a taxa de transferência de calor do aquecedor para o ambiente é igual a 50 W. 2. A força de arrasto aerodinâmico num automóvel é dada por 0,225 AρV 2. Admita que o ar se encontra a 290 K e 100 kpa e que a área frontal do automóvel é 4 m 2. Se a velocidade é 90 km h 1, determine a quantidade de energia utilizada para vencer a resistência aerodinâmica numa viagem com duração de 30 min. 3. Considere o processo de enchimento do balão de hélio descrito no problema (6) da lista de exercícios (2). Considere o espaço interno ao balão como volume de controle e determine o trabalho realizado durante o processo de enchimento do balão. 4. O conjunto cilindro-pistão mostrado na figura (1) contém, inicialmente, 0,2 m 3 de dióxido de carbono a 300 kpa e 100 C. Os pesos são, então, adicionados a uma velocidadetal que o gás é comprimido segundo a relação pv 1,2 = constante. Admitindo que a temperatura final seja igual a 200 C, determine o trabalho realizado neste processo. 5. Considere o conjunto cilindro-pistão mostrado na figura (2). O conjunto con- 1

2 Figura 1: Conjunto cilindro-pistão contendo dióxido de carbono. tém 10 kg de água. Inicialmente, a água se encontra no estado saturado em que a pressão é 100 kpa e o título 0,5. A água é então aquecida até o volume interno do conjunto se tornar igual ao triplo do volume interno inicial. A massa do pistão é tal que a pressão interna necessária para desencosta-lo do esbarro é 200 kpa. Nestas condições, determine a temperatura e o volume da água no estado final do processo e, também, o trabalho realizado pela água no processo. Figura 2: Conjunto cilindro-pistão contendo água. 6. Um filme de borracha é esticado em torno de um anel que apresenta raio igual a 0,25 m. A configuração mostrada na figura (3) é obtida colocando-se água líquida a 20 C sobre o filme de borracha. Admitindo que a borracha forma uma superfície semi esférica, que a massa do filme de borracha é desprezível, determine a tensão superficial na região do filme próxima ao anel. Figura 3: Filme de borracha esticado em torno de um anel. 2

3 7. Uma bateria de acumuladores, bem isolada termicamente, está sendo carregada. A tensão de carga é 12,3 V e a corrente igual a 6 A. Considerando a bateria como o sistema, determine o trabalho realizado num período de 4 horas. 8. A temperatura e a emissividade da superfície externa de uma casa são iguais a 30 C e 0,7. A temperatura e a emissividade médias do ambiente que circunda a casa são iguais a 15 C e 0,9. Determine a taxa de emissão de radiação por unidade de área na superfície externa da casa e no ambiente. 9. O conjunto cilindro-pistão, mostrado na figura (4), contém 2 kg de água. O pistão está submetido a ação de uma mola linear e da pressão atmosférica e apresenta massa nula. O volume da câmara no estado inicial é 200 L, a mola toca levemente o pistão de modo que a pressão na água é igual a atmosférica (P 0 = 100 kpa). Quando o êmbolo encontra o batente, o volume da câmara é 800 L e a temperatura na água 600 C. Se a água for aquecida até que a pressão atinja 1,2 MPa, determine a temperatura do estado final e mostre o processo num diagrama p V. Figura 4: Conjunto cilindro-pistão contendo água. 10. Considere o conjunto cilindro-pistão mostrado na figura (2). O conjunto contém 1 kg de água. Inicialmente, a temperatura da água é 20 C e o pistão repousa sobre os esbarros fixados na parede do cilindro. Nesta condição, o volume interno do conjunto é igual a 0,1 m 3. A pressão interna necessária para que o pistão inicie o movimento é a 400 kpa. Determine a temperatura da água no instante em que o pistão inicia seu movimento. Se realizarmos um processo de aquecimento que termina quando a água estiver no estado de vapor saturado, determine a temperatura e o volume no estado final. Determine também, o trabalho realizado durante o processo. 3

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