Propriedades de uma Substância Pura
3.3 Determine a pressão no fundo de uma geleira no pólo norte que apresenta 1000 m de espessura. Admita que a massa específica do gelo é constante e igual a 920 kg/m3. Qual é a temperatura de fusão do gelo no fundo da geleira?
3.6 Um tanque, que apresenta volume igual a 1 m3, contém um gás a 20 °C e 100 kPa. Qual é a massa contida no tanque se o gás é a) ar. b) neônio ou e) propano?
3.9 Um tanque rígido com volume de 1 m3 contém ar a 1 MPa e 400 K. O tanque está conectado a uma linha de ar comprimido do modo mostrado na Fig. P3.9. A válvula é então aberta e o ar escoa para o tanque até que a pressão alcance 5 MPa. Nesta condição a válvula é fechada e a temperatura do ar no tanque é 450 K. Qual a massa de ar antes e depois do processo de enchimento? Se a temperatura do ar no tanque carregado cair para 300 K. qual será a pressão do ar neste novo estado?
3.12 Um tanque contém ar a 1 MPa e 20 °C e é utilizado para encher um balão que inicialmente está murcho. O diâmetro do balão cheio é igual a 2 m. Nesta condição, a pressão e a temperatura no ar do balão são respectivamente iguais a 200 kPa e 20 °C. Determine a massa de ar contido no balão cheio e o volume mínimo do tanque de modo que o processo de enchimento tenha sucesso. Admita que a temperatura do ar no tanque é sempre igual a 20 °C e que a pressão do ar no balão é linearmente proporcional ao diâmetro do balão.
3.15 O balão de hélio descrito no Prob. 3.14 é solto na atmosfera e atinge uma altura de 5000 m. Sabendo que, neste local, a pressão e a temperatura ambiente valem 50 kPa e -20 °C, calcule o diâmetro do balão.
3.18 Um tanque rígido, com volume de 0,25 m3, contém uma substância a 2 MPa e 17 °C. Estime, utilizando o diagrama generalizado de compressibilidade, (a massa contida no tanque se a substância for a) ar, b) butano e c) propano.
3.21 Um tanque rígido, com volume de 0,045 m3, contém 2 kg de acetileno a 4,3 MPa. Estime a temperatura no acetileno utilizando o diagrama generalizado de compressibilidade. Observe que é necessário um procedimento de tentativa e erro para resolver esse problema.
3.24 Veriticar se o refrigerante R-22, em cada um dos estados abaixo, é um líquido comprimido, um vapor superaquecido, ou uma mistura de líquido e vapor saturado: 50 °C, 0,05 m3/kg; 1 MPa, 20 °C; 0,1 MPa. 0,1 m3/kg; 50 °C, 0,3 m3/kg; -20 °C, 200 kPa; 2 MPa, 0,012 m3/kg.
3.27 Calcular o volume especifico para os seguintes casos:
a) R-134a: 50 °C e título de 80 %
b) Água: 4 MPa e título de 90 %
c) Metano: 140 K e título de 60%
d) Amônia: 60 °C e título de 25%
3.30 Determine a fase, o título (se aplicável) e a propriedade que falta (p ou T) para os seguintes casos:
a) Água T = 12º °C n = 0,5 m3/kg
b) Água p = 100 kPa n = 1,8 m3/kg
c) Água T = 263 K n = 200 m3/kg
d) Neônio p = 750 kPa n = 0,2 m3/kg
e) Amônia T = 20 °C n = 0,1 m3/kg
3.33 Qual é o erro percentual na pressão se for adotado o modelo de gás perfeito para representar o comportamento do vapor superaquecido de amônia a 40 °C e 500 kPa? Qual será o erro percentual se for usado o diagrama generalizado de compressibilidade, Fig. C.1?
3.36 Um tanque de armazenamento de água contém líquido e vapor em equilíbrio a 110 °C. A distância entre o fundo do tanque e o nível de líquido é de 8 m. Qual é a pressão absoluta no fundo de tanque?
3.39 Um tanque. com volume de 400 m3, está sendo construído para armazenar gás natural liquefeito (GNL). Admita, neste problema, que o GNL seja constituído por metano puro. Se o tanque deve conter 90 % de líquido e 10 % de vapor, em volume, a 100 kPa, qual será a massa, em kg, de GNL contida no tanque? Qual será o título nesse estado?
3.42 Considere como sistema uma massa de vapor d’água saturado que sempre está a 60 °C. Qual é a pressão necessária para que o volume específico da água se torne igual a 110 % do volume específico do vapor saturado a esta temperatura?
3.45 Inicialmente, o conjunto cilindro-pistão ilustrado na Fig. P3.45 contém 1 litro de água a 105 °C e com título igual a 0,85. O conjunto é aquecido e o pistão se movimenta. O volume interno do conjunto é 1,5 litros no instante em que o pistão toca a mola linear. O aquecimento continua até que a pressão atinja 200 kPa. Sabendo que o diâmetro do pistão é 150 mm e que a constante de mola é 100 N/mm, calcule a temperatura na água no final do processo.
3.48 Um tanque de aço com volume de 0,015 m3 contém 6 kg de propano (líquido + vapor) a 20 °C. O tanque é então aquecido lentamente. Determine se o nível do líquido (altura da interface líquido-vapor) irá subir até o topo do tanque ou descer até o fundo do mesmo. O que aconteceria com o nível do líquido se a massa contida no tanque fosse alterada para 1 kg?
3.54 Um conjunto cilindro-pistão-mola contém água a 90 °C e 100 kPa. A pressão está relacionada com o volume interno do conjunto através da relação p = CV. A água é, então, aquecida até que a temperatura se torne igual a 200 °C. Determine o estado final do processo de aquecimento.
3.57 Um reservatório rígido e estanque, com capacidade de 2 m3, contém R 134a saturado a 10 °C. O refrigerante é, então, aquecido e notou-se que a fase líquida desaparece quando a temperatura atinge 50 °C. Nestas condições, determine a pressão no estado final do processo de aquecimento e a massa inicial de líquido no reservatório.
3.60 Considere os dois tanques. A e B, conectados com uma tubulação com válvula (veja a Fig. P3.60). A capacidade de cada tanque é 200 litros. O tanque A contém R-12 a 25 °C, sendo 10 % de líquido e 90 % de vapor. em volume, enquanto o tanque B está evacuado. A válvula que liga os tanques é então aberta e vapor saturado sai de A até que a pressão em B se torne igual a pressão em A. Neste instante, a válvula é fechada. Esse processo ocorre lentamente, de modo que todas as temperaturas permanecem constantes e iguais a 25 °C durante o processo. Determine a variação de título que ocorre no tanque A durante este processo.
