- Um arranjo pistão-cilindro vertical contém um gás a pressão de 100 kPa . O pistāo tem massa de 5 kg e diâmetro de 12 cm . A pressão do gás deve ser aumentada colocando alguns pesos sobre o pistão. Determine a pressão atmosférica local e a massa dos pesos necessárias para dobrar a pressão do gás dentro do cilindro. (2,0 ponto)
- As turbinas de uma usina hidroelétrica são acionadas por água que cai de uma altura de 50 m . Considerando uma eficiência de 93% na conversão de energia potencial em elétrica e 9% de perdas na transmissão da potência resultante, qual a vazão mássica de água necessária para manter um lâmpada acesa de 200 watts? ( 2,0 ponto)
- Num tubo horizontal, isolado termicamente, com 7 cm de diâmetro interno, está fluindo uma massa de água. Não há qualquer dispositivo neste trecho que possa gerar ou consumir trabalho. A velocidade a montante é
. A água entra numa seção do tubo em que o diâmetro é bruscamente aumentado para 14 cm . Determine a variação de entalpia em J/s, se o fluxo mássico é
. (2,0 ponto)
Passo 1
O problema 3 trata de um pistão em equilíbrio com um gás à pressão inicial de
, pistão de massa
e diâmetro
. A área do pistão gera uma força pela pressão interna que equilibra a pressão atmosférica mais o peso do pistão. Vamos usar o equilíbrio estático:
Passo 2
Calculamos primeiro a área
do pistão, o peso
e daí a pressão atmosférica local
.
Da relação de equilíbrio,
Passo 3
Para dobrar a pressão interna para
, acrescenta-se massa
de pesos de modo que
Isolando
:
Passo 4
O problema 4 envolve turbinas hidráulicas com queda d’água de
, eficiência de conversão potencial→elétrica
e perdas na transmissão de
. Queremos a vazão mássica
para manter uma lâmpada de
. A potência elétrica disponível é
logo
Passo 5
Substituindo valores:
Passo 6
O problema 5 descreve escoamento estacionário de água em tubo isolado, sem dispositivos de trabalho nem calor. Aplica-se a equação de energia de escoamento fixo:
Passo 7
Calculamos as áreas e velocidades:
Como
e
é constante,
Passo 8
A variação de entalpia por unidade de massa é
Como
, a taxa de variação de entalpia é
Resposta
-
; massa dos pesos . -
-