Exercícios resolvidos

Olá pessoal, esta semana estarei concluindo a resolução de todos estes problemas, quem estivar interessado é só entrar em contato aqui pelo blog ou pelo e-mail carlos.up_@hotmail.com, bom final de semana !

Exercícios para resolução

EXERCICIOS DE TERMODINAMICA

POR FAVOR ALGUEM ME AJUDA NA RESOLUÇÃO DESTES PROBLEMAS

10^a. Lista de Exercícios de Fentran - Termodinâmica

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Exercícios sobre Eficiência de Máquinas Térmicas, Refrigeradores e Bombas de Calor

1^o PROBLEMA: Uma máquina térmica reversível operando entre uma fonte de alta temperatura e outra de baixa temperatura recebe 53 kJ e produz 350 W-min de trabalho. Determine (a) a eficiência térmica da máquina, (b) a razão entre as temperaturas da fonte de alta e da fonte de baixa e (c) a temperatura da fonte fria, se a fonte quente estiver a 260 C.

2^o PROBLEMA: Considere uma fonte quente, uma fonte fria e duas máquinas reversíveis que operam entre as duas fontes. Seja Q_A (a quantidade de calor que a fonte de alta temperatura libera para a máquina perto dela) = 250 kJ, W₂ (a quantidade de trabalho da segunda máquina) = 40 kW-segundo e T₂ (a temperatura da fonte fria) = 340 K. Se as máquinas tiverem mesma eficiência, calcule (a) a temperatura que a segunda máquina, R₂, recebe calor, (b) as eficiências térmicas, (c) T₁ (temperatura da fonte quente), (d) W₁ (o trabalho produzido pela máquina que trabalha mais perto da fonte quente) e (c) Q_R (a quantidade de calor rejeitado pela segunda máquina para a fonte fria).

3^o PROBLEMA: Uma bomba de calor é usada para manter a temperatura interna de uma residência à temperatura de 25 C. Um balanço de energia indica que as perdas de calor pelas paredes, pelas janelas e vidraças, etc, são estimadas em cerca de 2500 kJ/h para cada grau Celsius de diferença entre as temperaturas interna e externa. Considerando uma situação na qual a temperatura externa é de 4 C, determine o coeficiente de performance desta bomba de calor e a potência necessária para manter o equipamento funcionando. Considere que o COP desta bomba de calor é cerca de 50% do COP de uma máquina de Carnot.

4^o PROBLEMA: Um refrigerador de Carnot opera em um ambiente cuja temperatura é de 25 C. O refrigerador consome 500 W de potência e tem um COP de 4,5. Determine (a) a taxa de remoção de calor do ambiente refrigerado e (b) a temperatura do ambiente refrigerado. Resp. (a) 135 kJ/min e (b) -29,2 C

5^o PROBLEMA: Uma máquina térmica opera entre dois reservatórios de temperaturas 727 e 17 C. Metade do trabalho produzido por esta máquina é usado para movimentar uma Bomba Térmica de Carnot que remove energia do ambiente externo que está a 2 C e a transfere, na forma de calor, para o interior da casa, que deverá ser mantida a 22 C. Se a casa estiver perdendo calor à taxa de 80000 kJ/h, determine a menor quantidade de calor que deverá ser transferida da fonte quente para a máquina térmica.

6^o PROBLEMA: Um inventor propõe que sua máquina térmica recebe 300 kJ de calor de uma fonte térmica a 500 K, converte 160 kJ em trabalho no eixo e rejeita o resto para uma fonte fria que está a 300 K. Essas medidas são razoáveis? O que acontece se o calor rejeitado for igual à 80 kJ?

7^o PROBLEMA: Por que os engenheiros estão interessados em processos reversíveis se eles não podem ser realizados na prática?

8^o PROBLEMA: Quando um morador retorna à sua casa, que pode ser considerada bem selada, em um dia de verão, ele nota que a temperatura interna é de 32 C. Ele liga o aparelho de ar condicionado e em 15 minutos, a temperatura cai para 20 C. Se o COP do aparelho for de 2,5, determine a potência do aparelho. Considere que a massa interna da casa seja equivalente a 800 kg de ar para o qual cv = 0,72 kJ/kg C e cp = 1.0 kJ/kg C.

9^o PROBLEMA: Uma turbina a gás tem uma eficiência térmica igual a 17%, enquanto ela desenvolve cerca de 6000 kW de potência. Determine o consumo de gás, em litros por minuto, sabendo-se que o combustível tem um poder calorífico igual a 46000 kJ/kg e a massa específica é igual a 0,8 g/cm³.

10^o PROBLEMA: Um automóvel consome combustível à taxa de 20 litros por hora e desenvolve cerca de 60 kW de potência nas rodas. Se o poder calorífico do combustível utilizado for igual a 44000 kJ/kg e a massa específica for igual a 0,8 g/cm3, determine a eficiência do motor.

11^o PROBLEMA: Considere uma fonte quente que está a 500 K e é capaz de liberar cerca de 500 kJ para uma máquina térmica. Espera-se que a máquina seja capaz de produzir cerca de 200 kJ de potência útil. Indique as condições para que esta máquina viole a primeira lei mas atenda a segunda lei e depois, para que ela atenda a primeira lei mas viole a segunda.

12^o PROBLEMA: Considere duas máquinas térmicas de Carnot operando em série (também chamado de cascata). A primeira máquina recebe calor de um reservatório que está a 1000 K, rejeitando calor a um outro reservatório de temperatura igual a T, a ser determinada. A segunda máquina recebe este calor rejeitado pela primeira, produz algum trabalho e rejeita o resto a uma terceira fonte, que está na temperatura de 300 K. A eficiência da máquina superior é X vezes a eficiência da máquina inferior, X podendo variar desde 0,1 até 5. Se a temperatura da fonte intermediária, T, for mais elevada, qual será a faixa de valores de X? Se a temperatura da fonte intermediária, T, for mais baixa, qual será a nova faixa? Se X = 1,75, determine a temperatura T. Se X = 0,5, determine a nova temperatura T? Imagine agora uma terceira máquina de Carnot, operando entre as temperaturas extremas deste problema. Como a eficiência desta nova máquina é afetada pela temperatura T?

13^o PROBLEMA: Monte um algoritmo para resolver o seguinte problema: um lago de massa igual a 100000 kg de água está inicialmente a 350 K. A temperatura ambiente é de 300 K. Observando que a temperatura do lago irá decrescer à medida que energia for sendo retirada dele (o lago não é uma fonte térmica no contexto termodinâmico), a potência útil de uma máquina operando entre a temperatura do lago e a do ambiente irá diminuindo e com isto, seu rendimento também. Precisamos saber o máximo trabalho a ser obtido nestas condições, para avaliar se vale a pena operar a máquina térmica.

14^o PROBLEMA: A performance de uma bomba de calor piora (isto é, seu COP diminui) com o decréscimo da temperatura da fonte de calor. Isto torna o uso das bombas de calor bastante ineficiente em situações de tempestades de neve e baixíssimas temperaturas. Considere uma casa que deve ser aquecida e mantida a 20 C por uma bomba de calor durante o inverno. Qual é o máximo COP para esta bomba se calor precisar ser retirado do ambiente externo a (a) 10 C, (b) -5 C e (c) a – 30 C?

15^o PROBLEMA: Durante um experimento conduzido em um laboratório que está a 25 C, o plantonista mediu a potência de um refrigerador, obtendo cerca de 2 kW para a remoção de 30000 kJ de calor do ambiente interno que é mantido a – 30 C. O tempo de funcionamento do aparelho foi de 15 minutos. Estas medições são confiáveis? E se o tempo medido for de 25 minutos?

16^o PROBLEMA: Uma bomba de calor com COP igual a 3,2 é usada para aquecer uma casa. Durante sua operação, a bomba consome cerca de 5 kW. Se a temperatura da casa for igual a 7 C, quanto tempo irá demorar para que a temperatura interna da casa alcance 22 C? Considere que a massa inteira da casa (ar interno, ocupantes, mobília, etc) seja equivalente a cerca de 1500 kg de ar. Resp. 1012 s.

17^o PROBLEMA: Água entra em uma máquina de gelo a 15 C e sai como gelo a -5 C. Se o COP da máquina for igual a 2,2, determine a potência necessária para a produção de gelo na taxa de 8 kg/h. Nota: 384 kJ de energia devem ser retirados para cada kg de água a 15 C para que gelo a -5 C seja produzido.