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Instituto de Ciências Exatas e de Tecnologia Engenharias: Mecânica/Mecatrônica/Produção

Disciplina: TA - Termodinâmica Aplicada

LISTA DE EXERCÍCIOS

1. Explique a 2a lei da termodinâmica: “A 2a lei da termodinâmica diz que não é possível a uma máquina térmica que trabalha em ciclos converter em trabalho 100% do calor fornecido a ela”. 2. Avaliando o desempenho de um refrigerador. Pela circulação em regime permanente de um refrigerante a uma baixa temperatura através de passagem nas paredes do compartimento do congelador, um refrigerador mantém o compartimento do congelador a -5°C quando a temperatura do ar que circunda o refrigerador é de 22°C. A taxa de transferência de calor entre o compartimento do congelador e o regrigerante é de 8000 kJ/h e a potência de entrada necessária para operar p refrigerador é de 3200 kJ/h. Determine o coeficiente de desempenho do refrigerador.

3. Uma bomba térmica é usada para aquecer um edifício. Do lado de fora a temperatura é -5°C e dentro do edifício deve ser mantida a 22°C . O coeficiente de performance (eficácia da bomba) é 1,8 e a bomba injeta 9 Mcal de calor no edifício por hora. A que taxa devemos realizar trabalho para manter a bomba operando? Resposta: 436W

4. Um ciclo de potência reversível recebe 500BTU de energia por transferência de calor de um reservatório a 2120°R e descarrega a energia por transferênica de calor para um outro reservatório a 530°R. Determine a eficiência térmica e o trabalho líquido desenvolvido, em BTU. Resposta: 375 BTU, 75%

5. Um ciclo de potência opera entre um reservatório à temperatura T e outro a uma temperatura mais baixa de 280K. Em regime permanente o ciclo desenvolve 40kW de potência enquanto rejeita 1000kJ/min de energia por transferênica de calor para o reservatório frio. Determine o calor que opera a fonte quente. Resposta: 56,67 kJ/s 6. Em regime permanente, um novo ciclo de potência desenvolve 6HP para uma taxa de adição de calor de 400BTU/min, segundo seu inventor. Se o ciclo opera entre reservatórios a 2400 e 1000°R, avalie o invento. Resposta: 63,6%; rendimento máximo:58% 7. Um inventor afirma ter criado quatro máquinas, todas operando entre 400K e 300K. As características de cada máquinas, por ciclo, são as seguintes: máquina (a): QFQ=200J, QFF=-175J, W=40J, máquina (b), QFQ=500J, QFF=-200J, W=400J, máquina (c), QFQ=600J, QFF=-200J, W=400J, máquina (d), QFQ=100J, QFF=-90J, W=10J, Usando a primeira e a segunda leis da termodinâmica, verifique para cada máquina se alguma destas leis está violada.

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8. Em regime permanente, um ciclo de refrigeração acionado por um motor de 1HP remove 200BTU/min de energia por transferênica de calor de um espaço mantido a 20°F e descarrega energia por transferênica de calor para as vizinhanças a 75°F. Determine o coeficiente de desempenho do refrigerador e a taxa na qual a energia é descarregada para as vizinhanças, em BTU/min Dado: 1HP=2545 BTU/h. Resposta: 4,72; 242,4 BTU/min 9. Um ciclo de refrigeração possuindo um coeficiente de desempenho de 3 mantém um laboratório a 18°C em um dia em que a temperatura exterior é de 30°C. A carga térmica em regime permanente consiste na energia entrando através das paredes e janelas a uma taxa de 30.000kJ/h e dos ocupantes do laboratório a uma taxa de 6000kJ/h. Determine a potência necessária para este ciclo e compare com a potência mínima teórica requerida por qualquer ciclo de refrigeração operando sob estas condições, ambas em kW. Respostas: Wciclo=3,33kW; (Wciclo)min=0,41kW; (Wciclo/(Wciclo)min): potência utilizada é 8,12 vezes maior do que a potência mínima requerida. 10. Em regime permanente um ciclo de refrigeração mantém um refrigerador de alimentos a 0°F através da remoção de energia por transferênica de calor do interior a uma taxa de 2000BTU/h. O ciclo descarega energia por transferênica de calor para as vizinhanças a 72°F. Se a eletricidade custa 8 centavos por kW, determine o custo de operação mínimo teórico por dia de operação. Dado: 1kW=3413BTU/h. Resposta: 17,6 cents/dia 11. Meio quilograma de água executa um Ciclo de potência de Carnot. Durante a expansão isotérmica, a água é aquecida até a condição de vapor saturado a partir de um estado inicial onde a pressão é 40bar e o título é de 15%. O vapor então se expande adiabaticamente até a pressão de 1,5bar, enquanto realiza 491,5kJ/Kg de trabalho. (a) Esboce o gráfico em um diagrama P-v; (b) Estime o calor e o trabalho para cada processo em Kj; (c) Estime a eficiênica térmica. Dados: 1 bar=105N/m2;

Respostas (b)

Processos Q W 1 – 2 2914,0 330,0 2 – 3 0 983,0 3 – 4 -2140,2 -167,1 4 – 1 0 -373,0 ; (c)0,265 e 0,266