OS SISTEMAS MECÂNICOS

Disciplina: SISTEMAS MECÂNICOS

Portfólio N° 01 TERMODINÂMICA BÁSICA

:: Portfólio

Sistemas fechados são constituídos por matéria no interior de um volume delimitado por uma fronteira que

os separa do meio. O fluido na forma de líquido, gás ou vapor é a matéria de maior interesse. As três propriedades

macroscópicas mais importantes para definição do estado termodinâmico são: volume específico, pressão e

temperatura. Essas propriedades se relacionam por meio de equações de estado.

Sempre que houver alteração de propriedades, existe mudança de estado. Um processo termodinâmico é

uma mudança de estado segundo uma trajetória bem-definida. Um ciclo termodinâmico é uma sucessão de

processos que retornam ao estado inicial.

Nos sistemas fechados não existe fluxo de massa pela fronteira. Entretanto, energia na forma de calor e

trabalho pode transitar por ela. A Primeira Lei da Termodinâmica declara que a diferença Q – W em sistemas

fechados que realizam um processo depende apenas das condições iniciais e finais. Essa diferença é igual à

variação da energia interna do sistema. A energia interna também é uma propriedade das substâncias. A entalpia é

outra propriedade, e deriva da energia interna. Para vapores, essas propriedades são obtidas de tabelas. Para

gases, elas são obtidas como função da temperatura, tendo os calores específicos a “volume constante” e a

“pressão constante” como constantes de proporcionalidade, respectivamente. Para sólidos e líquidos não existe

essa distinção para o calor específico.

Adaptado de:

FILHO, Guilherme Filippo. Máquinas Térmicas Estáticas e Dinâmicas: Fundamentos de

Termodinâmica, Características Operacionais e Aplicações. São Paulo: Érica, 2014.

QUESTÕES PROPOSTAS

1. O tanque de combustível de um automóvel tem capacidade para 55 litros. Calcule as massas dentro do

tanque para os casos de abastecimento com etanol e gasolina.

2. Um caminhão-tanque tem capacidade para transportar 22.000 litros de óleo diesel, cuja carga equivale a

18.744 kg. Calcule a densidade do óleo diesel.

3. Um grande tanque de superfície para armazenamento de petróleo em uma refinaria tem 50 metros de

diâmetro e 15 metros de altura (tanque cilíndrico). Sabendo que 1 barril de petróleo tem um volume

aproximado de 160 litros, calcule a capacidade de armazenamento em quantidade de barris de petróleo.

Calcule também a massa de petróleo armazenada. Considere a densidade do petróleo igual a 870 kg/m ³ .

4. Uma bomba de água deve alimentar uma caldeira de vapor que opera à pressão de 18 barg . Qual deve ser

a altura de elevação da bomba [mca]? Considere a densidade da água igual a 1000 kg/m ³ .

5. Qual o valor em [°C] de uma temperatura de 427 K?

6. Qual o valor em [K] de uma temperatura de -15 °C?

7. Um conjunto cilindro e pistão tem um volume de 280 cm ³ quando o pistão está no seu ponto mais baixo. O

volume é de 30 cm ³ quando o pistão está no seu ponto mais alto. A pressão no interior do cilindro com o

pistão no seu ponto mais baixo é de 0,95 barabs . Calcule a pressão final quando o pistão estiver no seu

ponto mais alto. Considere que a temperatura se mantenha constante nesse processo de compressão.

8. Com relação ao exercício 7, considere que a temperatura inicial seja de 30 °C e, ao final da compressão,

seja de 80 °C. Calcule a pressão final nesse caso.

9. Calcule a massa de ar no interior do cilindro para o exercício 8.

10. O ar no interior de um reservatório está sob pressão de 1,2 MPag , temperatura de 50 °C. O volume do

reservatório é de 0,01 m ³ . Calcule a massa de ar. Considere a pressão atmosférica igual a 100 kPa.

11. Um tanque de ar comprimido tem um volume de 2 m ³ . A pressão no interior do tanque é de 8 barg e a

temperatura é de 10 °C. O tanque é aquecido até 30 °C. Calcule a pressão no interior do tanque sob essa

nova temperatura. A pressão atmosférica é igual a 1,0 bar.

12. Calcule a massa de ar contida no tanque do exercício 11. Determine a densidade do ar para as duas

condições, isto é, 10 °C e 30 °C.

13. Utilize uma tabela de vapor (ou outros meios) para determinar o volume específico da água ( V l ) e do vapor

( V V ) para as condições de saturação listadas a seguir. Determine também a pressão ou a temperatura,

conforme