Exercícios Resolvidos de Termodinâmica EXERCÍCIOS ...

EXERC?CIOS RESOLVIDOS DE

TERMODINAMICA

?scar Mota

?ndice Geral

Sobre o Livro .......................................................................................................................................................... V Nomenclatura ....................................................................................................................................................... VII

Cap?tulo 1 Conceitos B?sicos .................................................................................................................................................. 1

Cap?tulo 2 Energia Mec?nica ................................................................................................................................................. 9

Cap?tulo 3 Propriedades das Subst?ncias Puras ................................................................................................................. 23

3.1 Ar ........................................................................................................................................................... 23 3.2 ?gua ....................................................................................................................................................... 25 3.3 Refrigerantes ......................................................................................................................................... 34

Cap?tulo 4 Trabalho Trocado por Subst?ncias Puras ........................................................................................................... 43

4.1 Ar ........................................................................................................................................................... 43 4.2 ?gua ...................................................................................................................................................... 45 4.3 Refrigerantes ......................................................................................................................................... 46

Cap?tulo 5 Primeira Lei da Termodin?mica Aplicada a Sistemas ....................................................................................... 57

Cap?tulo 6 Primeira Lei da Termodin?mica Aplicada a Volumes de Controlo ................................................................ 79

6.1 Regime permanente ............................................................................................................................. 79 6.2 Regime transiente ou uniforme ............................................................................................................ 97

Cap?tulo 7 Segunda Lei da Termodin?mica ......................................................................................................................... 107

Cap?tulo 8 Exergia .................................................................................................................................................................... 135

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IV Exerc?cios Resolvidos de Termodin?mica

Cap?tulo 9 Exerc?cios de Exame ............................................................................................................................................. 165

9.1 Exerc?cios resolvidos .............................................................................................................................. 165 9.2 Exerc?cios propostos .............................................................................................................................. 272 Bibliografia ............................................................................................................................................................ 349 Gloss?rio ................................................................................................................................................................. 350

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Sobre o Livro

Os estudantes que come?am um curso de Engenharia revelam algum conhecimento te?rico nas ?reas da F?sica e da Qu?mica e t?m nenhuma ou praticamente nenhuma pr?tica laboratorial anterior. Quando chegam ? universidade, esta tamb?m n?o ir? proporcionar uma pr?tica laboratorial essencial, pois, ao longo dos 34 anos de ensino, tive a oportunidade de estudar, consultar empresas, analisar or?amentos e elaborar propostas no ?mbito do apetrechamento das disciplinas da licenciatura em equipamentos laboratoriais, e os respons?veis por este pelouro entenderam, pelas mais diversas raz?es, n?o apoiar esta vertente importante em qualquer escola de Engenharia. Este facto refor?a a import?ncia do livro.

Apresentamse resumidamente os conceitos te?ricos para depois os aplicar, atrav?s de uma an?lise mais minuciosa, na resolu??o de exerc?cios pr?ticos.

Existe a preocupa??o de orientar o leitor pelo processo de c?lculo e de o justificar: em cada exerc?cio designamse pela letra C seguida de um n?mero os coment?rios em que se basearam as op??es sugeridas ou que mostram op??es alternativas, por exemplo, C4 representa o coment?rio n?mero 4 de um dado exerc?cio.

As propriedades termodin?micas das subst?ncias puras s?o obtidas do livro Tabelas de Termodin?mica, Paulo Coelho, Lidel ? Edi??es T?cnicas. A utiliza??o de outras tabelas tem de ser feita com cuidado porque os valores das propriedades obtidas experimentalmente poder?o ser diferentes, e os valores das propriedades deduz?veis poder?o ter estados de refer?ncia diferentes. Quaisquer tabelas permitem obter os mesmos valores no c?lculo do trabalho e do calor trocados pelas subst?ncias puras.

O Cap?tulo 1 aborda alguns conceitos fundamentais na ?rea da Engenharia Mec?nica: for?a, press?o, temperatura, volume, massa espec?fica, volume espec?fico, equa??o de estado de um g?s perfeito.

A energia mec?nica ? tratada no Cap?tulo 2, referindose aos conceitos: sistema, energia mec?nica, energia cin?tica, energia potencial, energia interna, evolu??o revers?vel, trabalho.

Os Cap?tulos 3 e 4 mostram como se obt?m as propriedades das subst?ncias puras e como se determina o trabalho trocado durante as suas evolu??es, no ?mbito dos conceitos: propriedades termodin?micas, subst?ncias puras, fases, mudan?a de fase, t?tulo, sistema, evolu??o revers?vel, trabalho.

Os Cap?tulos 5 e 6 apresentam a aplica??o da primeira lei da termodin?mica (plt), por exemplo, ao c?lculo do calor trocado durante as evolu??es das subst?ncias puras. Analisamse os sistemas, de massa constante, e os volumes de controlo, que trocam massa com a vizinhan?a (em regime permanente e em regime transiente), no que diz respeito aos conceitos: sistema, volume de controlo, caudal m?ssico, caudal volum?trico, calor, pot?ncia calor?fica, trabalho, pot?ncia sob a forma de trabalho, primeira lei da termodin?mica, regime permanente, regime transiente (uniforme).

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VI Exerc?cios Resolvidos de Termodin?mica

O Cap?tulo 7 cont?m exerc?cios sobre a segunda lei da termodin?mica e a entropia, tratando os conceitos: ciclo de Carnot, m?quina frigor?fica, bomba de calor, efici?ncia, rendimento, segunda lei da termodin?mica, entropia.

O Cap?tulo 8 cont?m exerc?cios sobre exergia, fazendose refer?ncia aos conceitos: exergia, fator de Carnot, exergia calor, exergia trabalho, rendimento exerg?tico, irreversibilidades.

O Cap?tulo 9 cont?m diversos exerc?cios de exame que serviram na avalia??o dos estudantes da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP). Incluemse neste cap?tulo exerc?cios resolvidos e exerc?cios propostos com a indica??o dos resultados.

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