Questão 1 (10 pontos) - Um avião, cuja massa é de 5 toneladas, está voando a uma altitude de 2000 m acima da superfície do local onde está situado o aeroporto. Sua velocidade é de 360 km/h. Assumindo que a variação da aceleração da gravidade possa ser desprezada, calcule a energia cinética e potencial (kJ) do avião em relação ao estado em que o avião encontrava-se estacionado no aeroporto.

Resolução:
Energia Cinética: 0,5 m v² = 0,5 x 5000 x 10000 = 25000kJ
Energia Potencial: m g h = 5000 x 9,8 x 2000 = 98000kJ

Questão 2 (15 pontos) - Um manômetro (tipo bourdon) encontra-se instalado em um tanque de oxigênio, no interior de uma aeronave. A indicação do manômetro é de 3,5 bar. No painel de instrumentos do avião um indicador digital informa que a pressão no interior do avião é 0,75 bar. Calcule a pressão absoluta no interior do tanque de oxigênio. Se a pressão absoluta no interior do tanque continuasse a mesma, qual seria a leitura fornecida pelo manômetro depois do pouso da aeronave, com a pressão no interior do avião igual a 0,95 bar?

Resolução:
Manômetro mede apenas pressão relativa:
Pressão absoluta no interior do tanque= 3,5+0,75=4,25 bar.
Indicação depois do pouso= 4,25 - 0,95 = 3,3 bar.

Questão 3 (25 pontos) - Um cilindro dotado de pistão contém ar (gás ideal), inicialmente a 300K e 100kPa. O volume inicial ocupado pelo ar é de 1 litro. Represente os seguintes processos num diagrama PxV e determine as grandezas indicadas.

1. se o ar for comprimido lentamente, sem transferência de calor ao meio externo, de modo que PV^1,4 = constante ao longo de todo o processo, até que o volume atinja o valor de 0,8 litros, determine o trabalho recebido pelo ar e a pressão e temperatura final do ar;
2. se a partir da condição inicial o ar fosse comprimido lentamente a temperatura constante, permitindo transferência de calor, até atingir o volume final de 0,8 litros, determine o trabalho recebido pelo ar, e sua pressão e temperatura final;
3. se a partir da condição inicial o ar fosse comprimido lentamente a pressão constante, permitindo transferência de calor, até atingir o volume de 0,8 litros, determine o trabalho recebido pelo ar e a sua pressão e temperatura final.

Sistema = ar comprimido (gás ideal).
Item 1 - processo adiabático:

Trabalho de compressão:

Pressão e Temperatura Final:

Item 2 - processo isotérmico:

Trabalho de compressão:

Pressão e Temperatura Final:

Item 3 - processo isobárico:

Trabalho de compressão:

Pressão e Temperatura Final:

Questão 4 (25 pontos) - Um ciclo motor opera com ar como fluido de trabalho. O estado inicial é dado por: V==1 litro, T=300K e p=100kPa. A partir desse estado o ar sofre uma compressão adiabática (PV^1,4 = constante) até atingir o volume de 0,8 litros. A partir desse estado o ciclo é fechado por meio de um processo isobárico e um processo isométrico.

1. Represente o ciclo num diagrama PxV;
2. calcule o trabalho líquido desenvolvido pelo ciclo;

Resolução:

Sistema = ar comprimido (gás ideal).

Item 1 - Diagrama PxV:

Item 2 - Trabalho líquido do ciclo:

Trabalho no processo 1-2:

Trabalho no processo 2-3:

Trabalho no processo 3-1:

Trabalho líquido do ciclo:

Cálculo do calor recebido da fonte quente:

Cálculo da eficiência térmica do ciclo:

Questão 5 (25 pontos) - Um tanque rígido fechado de 1 metro cúbico contém água em equilíbrio, inicialmente à temperatura de 150°C. A massa total de água contida no tanque é de 20 kg.

1. A água é aquecida até que haja apenas vapor no tanque. Represente o processo no diagrama PxV. Nesse ponto, qual será a pressão e temperatura do vapor?. Qual o calor transferido neste processo?
2. Se o aquecimento continuar, a que temperatura o vapor se encontrará quando a pressão atingir 60 bar? Qual o calor adicional transferido?