UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - INSTITUTO DE TECNOLOGIA
FACULDADE DE ENGENHARIA NAVAL
TERMODINÂMICA BÁSICA – PROFESSOR Dr. SAID MOUNSIF (smounsif@ufpa.br)
1ª LISTA DE EXERCÍCIOS
Ex1 – Um automóvel comum consome cerca de 5
l de gasolina por dia, e a capacidade do tanque de
combustível é de cerca de 50 l. Assim, um
automóvel precisa ser abastecido a cada 10 dias.
Da mesma forma, a densidade da gasolina varia
de 0,68 a 0,78 kg/l, e seu poder calorífico inferior
é de aproximadamente 44.000 kJ/kg (ou seja,
44.000 kJ de calor são liberados quando 1 kg de
gasolina é queimado completamente). Suponha
que todos os problemas associados à
radioatividade e disposição final dos resíduos de
combustíveis nucleares estejam resolvidos, e que
o automóvel seja abastecido com o U-235. Se um
automóvel novo vier equipado com 0,1 kg de
combustível nuclear U-235, determine se esse
automóvel terá de ser reabastecido em condições
normais de uso.
Ex2 – Um local avaliado para uma estação eólica
tem ventos estáveis de velocidade 8,5 m/s.
Determine a energia do vento:
(a) por unidade de massa;
(b) para uma massa de 10 kg de ar e
de ar.
(c) para um fluxo de massa de 11,54 kg/s
Ex3 – Uma vela está queimando em uma sala
bem isolada. Sendo a sala (o ar mais a vela) o
sistema, determine:
(a) se existe alguma transferência de calor
durante esse processo de queima e
(b) se existe alguma variação da energia
interna do sistema.
Ex4 – Uma batata que inicialmente estava à
temperatura ambiente (25°C) está sendo assada
em um forno mantido 200°C. Existe alguma
transferência de calor durante o processo de
cozimento?
Ex5 – Um forno elétrico bem isolado está sendo
aquecido por meio de seu elemento aquecedor.
Se todo o forno, incluindo o elemento aquecedor,
for admitido como o sistema, determine se essa
interação é de calor ou trabalho.
Ex6 – Responda à pergunta anterior considerando
que o sistema seja apenas o ar do forno sem o
elemento de aquecimento.
Ex7 – Determine a potência transmitida pelo eixo
de um automóvel quando o torque aplicado for
de 200 Nm e o eixo girar a uma taxa de 4000 rpm.
Ex8 – Considere um automóvel pesando 1200 kg,
trafegando à velocidade constante de 90 km/h
em uma estrada plana. O automóvel então
começa a subir uma ladeira com 30° de inclinação
em relação a horizontal. Para que a velocidae do
automével permaneça constante durante a
subida, determine a potência adicional que deve
ser fornecida pelo motor.
Ex9 – Determine a potência necessária para
acelerar um automével de 900 kg, da velocidade
de 0 km/h a 80km/h em 20 s em uma estrada
plana.
Ex10 – Um tanque rígido contém um fluido
quente que é resfriado enquanto é agitado por
um hélice. Inicialmente, a energia interna do
fluido é de 800 kJ. Durante o processo de
resfriamento, o fluido perde 500 kJ de calor, e o
hélice realiza 100 kJ de trabalho no fluido.
Determine a energia interna final do fluido.
Despreze a energia armazenada no hélice.
Ex11 – Um ventilador que consome 20 W de
energia elétrica quando em operação descarrega
ar de uma sala ventilada a uma taxa de 0,25 kg/s
e a uma velocidade de 8 m/s. Determine se essa
afirmação é razoável.
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Ex12 – Uma sala encontra-se inicialmente a uma
temperatura de 25°C, que é a mesma do
ambiente externo. Um grande ventilador, que
consome 200 W de eletrecidade quando em
funcionamento, é então ligado no interior da sala.
A taxa de transferência de calor entre a sala e o
ar externo é dada por , onde é o coeficiente
global de transferência de calor, é a área das
superfícies da sala e e são as temperaturas do ar
interno e externo, respectivamente. Determine a
temperatura do ar interno quando são
estabelecidas condições de operação em regime
permanente.
Ex13 – As necessidades de iluminação de uma
sala de aula são supridas por 30 lâmpadas
fluorescentes, cada uma consumindo 80 W de
eletrecidade. As luzes da sala de aula ficam
acessas 12 horas por dia, 250 dias por ano. Ao
custo unitário de 7 centavos por kWh, determine
o custo anual da energia necessária para iluminar
essa sala de aula. Discuta também o efeito da
iluminação
sobre
as
necessidades
de
aquecimento e condicionamento de ar dessa sala.
Ex14 – A eficiência dos fogões afeta a carga
térmica do ambiente em que ele se encontra,
uma vez que um fogão ineficiente consome uma
quantidade maior de energia para realizar a
mesma tarefa, e a energia excedente consumida
aparece como calor no ambiente. A eficiência dos
fogões abertos é determinada como 73% para as
unidades elétricas e 38% para as unidades a gás.
Considere um fogão elétrico de 2 kW em uma
localidade na qual os custos da eletrecidade e do
gás natural são de $ 0,09/kWh e $ 0,55/therm,
respectivamente.
hidráulica em um local onde a profundidade da
água é de 50 m. A água deve ser fornecida à
razão de 5000 kg/s. Se a potência elétrica gerada
medida é de 1862 kW e a eficiência do gerador é
de 95%, determine:
(a) a eficiência global do conjunto
gerador-turbina;
(b) a eficiência mecânica da turbina e
(c) a potência de eixo fornecida pela
turbina ao gerador.
Ex16 – Um motor de 60 hp (um motor que
fornece 60 hp de potência de eixo em plena carga)
e eficiência de 89% está desgastado e deve ser
substituído por um motor de alta eficiência cuja
eficiência é de 93,2%. O motor opera 3500 horas
por ano em plena carga. Sendo o custo da
eletrecidade $ 0,08/kWh, determine a
quantidade de energia e a economia de custos
resultantes da instalação do motor de alta
eficiência em vez de um motor padrão. Além
disso, determine o período de recuperação do
investimento se os preços dos motores padrão e
de alta eficiência forem $ 4.520 e $ 5.160,
respectivamente.
Determine a taxa de consumo de energia
do fogão e o custo unitário da energia utilizada
pelos fogões elétricos e a gás.
Ex15 – A água de um grande lago deve ser
utilizada para gerar eletrecidade, por meio da
instalação de um conjunto gerador-turbina
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